Galaxien

Alle Sterne, die man mit bloßem Auge oder einem Amateurfernrohr erkennen kann, gehören zu unserer Milchstraße. Galaxien sind Sternsysteme nach Art unseres eigenen Milchstraßensystems. Doch längst nicht alle sind auch Spiralgalaxien. Einige dieser Galaxien kann man auch schon mit freiem Auge als schwachen Nebelfleck erkennen.

Galaxien kommen in vielen Formen und Größen vor.

Klassifikation

Einige sind sehr klein und unregelmäßig wie die kleine Magellansche Wolke, die wie ein abgerissenes Stück Milchstraße aussieht; andere wie die Große Magellansche Wolke zeigen etwas mehr Strukur. Sie werden unregelmäßige oder irreguläre Galaxien genannt. Die größeren Systeme werden in zwei Hauptgruppen unterteilt: Spiralgalaxien und elliptische Galaxien. Spiralgalaxien ähneln in ihrem Aufbau unserer Galaxis und enthalten einen Kern sowie eine Scheibe mit heißen, jungen Sternen. Mit Ausnahme weniger Exemplare vom Typ S0 zeigen sie eine Spiralstruktur, sofern wir nicht gerade auf ihre Kante blicken. In größeren Fernrohren sind die Spiralarme zu erkennen. Bei den Balkenspiralen (SB-Galaxien) beginnen die Spiralarme erst an den Enden eines ausgeprägten „Balkens“ quer über das Zentrum hinweg. Die verwaschen erscheinenden elliptischen Galaxien enthalten nur alte Sterne und kaum interstellare Materie. Sie werden mit dem Buchstaben E und einem Index zwischen 0 und 7 als Maß für die Abplattung gekennzeichnet. Elliptische Zwerggalaxien enthalten mitunter kaum ein Millionstel, elliptische Riesengalaxien mehr als das hundertfache der Masse unserer Galaxis. Weil die Ebene unserer galaktischen Scheibe soviel Staub enthält, können wir die meisten extragalaktischen Systeme weit abseits der Milchstraßenebene beobachten.

Einteilung:

E Elliptische Galaxien E0-E7

S Spiralgalaxien Sa-Sb-Sc

SB Balkenspiralen SBa-SBb-SBc

S0 SB0 Linsenförmige Galaxien

Ir Irreguläre Galaxien

Es soll dabei aber betont werden, daß es sich bei dieser Hubble-Sequenz nicht um ein Entwicklungsschema handelt.

Elliptische Galaxien:

Die elliptischen Galaxien haben eine späroidische Gestalt mit einem Maximum der Flächenhelligkeit (die in erster Näherung proportional zur Dichte ist) im Zentrum und einem steilen gleichmäßigen Abfall nach außen. Elliptische Galaxien sind röter als Spiralgalaxien; es findet in ihnen keine Sternentstehung statt, und lange Zeit nahm man an, daß elliptische Galaxien überhaupt kein Gas und Staub enthalten. Untersuchungen ergaben jedoch, daß diese Galaxien von einem dünnen, heißen und ionisierten Gas mit einer Temperatur von etwa 10 Millionen K in Form eines Halo umgeben sind, welches eine starke Röntgenstrahlung aussendet. Natürlich kann in solch einem heißen Gas keine Sternentstehung stattfinden, und es kann auch kein Staub bei diesen Temperaturen existieren. Die Klassifikation der elliptischen Galaxien erfolgt nach dem Grad der Abplattung.

Spiralgalaxien:

Spiralgalaxien besitzen eine viel komplexere Struktur als elliptische Galaxien. Sie bestehen aus einem zentralen Kern, der auch Bulge genannt wird, und einer flachen Scheibe. Der Kern ähnelt in Form und Farbe sehr stark einer kleinen elliptischen Galaxie; die Scheibe wiederum setzt sich aus zwei Komponenten zusammen, wobei die eine alte Sterne enthält, während die andere aus interstellarem Gas und jungen, leuchtkräftigen Sternen besteht. Die Spiralstruktur ist vor allem in dieser letzten Komponente sichtbar, die wegen der vielen jungen, heißen Sterne eine blaue Farbe hat, wohingegen der Kern, wie die elliptischen Galaxien, eine rote Farbe besitzt. Die Klassifikation erfolgt nach dem Verhältnis von Kern zu Scheibe.

Balkenspiralen:

Bei den gewöhnlichen Spiralgalaxien setzen die Spiralarme dicht an einem fast runden Kern an und gehen stark gewunden von ihm ab. Demgegenüber besitzen die sogenannten Balkenspiralen in ihrem Zentrum einen nahezu geraden „Balken“, der an seinen beiden Enden dünner und schwächer und in der Mitte heller und dicker ist. Bei Balkenspiralen setzen die Spiralarme an den Enden des Balkens nahezu rechtwinklig an, während bei normalen Galaxien die Spiralarme tangential vom Kern weg verlaufen. Die Klassifikation erfolgt nach dem Verhältnis des zentralen Kerns zu den Windungen der Spiralarme.

Linsenförmige Galaxien:

Eine geringere Anzahl von Galaxien hat die gleiche Form von Kern und Scheibe wie die Spiralgalaxien, doch besitzen sie keine Spiralarme, keine dunklen Streifen absorbierender Materie und keine leuchtenden Gasnebel. Ihr Licht verteilt sich gleichmäßig über die Scheibe und nimmt nur von der Mitte zum Rand hin ab.

Unregelmäßige Galaxien:

Die bisher besprochenen Systeme besitzen eine deutliche Symmetrieebene und das typische Aussehen einer Rotationsfigur. Diese Symmetrie fehlt bei einigen Galaxien völlig, daher nennt man sie „unregelmäßig“ oder „irregulär“. Sie besitzen auch keinen Kern, haben statt dessen aber oft viele regellos verteilte kleinere Verdichtungen.

Zwerggalaxien:

Als ein Typ, der nicht in der ursprünglichen Hubbleschen Klassifikation enthalten ist, müssen schließlich die Zwerggalaxien genannt werden. Sie umfassen um Größenordnungen weniger Sterne als die anderen Galaxien und sind als lockere Gruppierungen von sehr lichtschwachen Sternen (wegen der Entfernung) nur schwer zu entdecken. Wegen ihrer geringen Absoluthelligkeit sind nur relativ wenige Galaxien dieses Typs bekannt; absolut gesehen sind Zwerggalaxien jedoch der häufigste Galaxientyp. Ihre Anzahl übertrifft die der normalen Galaxien bei weitem.

Entfernung der Galaxien

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Erforschung der Natur der Galaxien ist die Bestimmung ihrer Entfernungen, denn nur wenn man diese kennt, lassen sich scheinbare Helligkeiten in Leuchtkräfte umrechnen und gemessene Winkel in lineare Ausdehnungen. Leider ist die Entfernungsmessung mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Die Schwierigkeiten liegen weniger in der Bestimmung der relativen Entfernungen, wie sie für den Vergleich der verschiedenen Galaxien untereinander ausreichen, als vielmehr in der Feststellung einer absoluten Entfernungsskala.

Man benutzt meist photometrische Methoden, die auf dem Vergleich von gemessenen scheinbaren Helligkeiten m von Einzelobjekten oder von ganzen Galaxien mit deren als bekannt vorausgesetzten absoluten Helligkeiten M beruhen.

Primäre Entfernungsindikatoren sind solche, deren Eichung noch innerhalb der Milchstraße erfolgt. Sekundäre Entfernungsindikatoren sind individuelle Objekte, die in extragalaktischen Systemen geeicht werden. Bei sehr großen Entfernungen müssen Entfernungsindikatoren verwendet werden, die auf integralen Eigenschaften von Galaxien basieren.

Bestimmung der Entfernung der Galaxien mittels primärer Entfernungsindikatoren (Sterne, Novae) oder sekundärer Entfernungsindikatoren (Supernovae, Hellste O- und B-Sterne, Kugelhaufen, Durchmesser von HII-Regionen, Planetarische Nebel) oder Rotverschiebung der Spektrallinien.

Supernovae

Seit mehr als 350 Jahren haben die Astronomen in unserer Galaxis keine Supernova mehr beobachten können. Dafür beobachtet man sie gelegentlich in anderen Galaxien. Bei einer Supernova-Explosion kann die Helligkeit des betroffenen Sterns um 20 und mehr Größenklassen ansteigen; dahinter verbirgt sich ein anderes Phänomen als hinter einem Nova-Ausbruch. Eine Supernova kann so hell aufleuchten, daß sie die umgebende Galaxie mit ihren vielleicht 100 Milliarden Sternen vorübergehend überstrahlt.

Verteilung der Galaxien im Raum

Ebenso ungleichförmig wie die Sterne in unserem Milchstraßensystem sind die Galaxien im Raum verteilt. Sie bilden Doppel- und Mehrfachsysteme – die bis zu 10 Galaxien enthalten können -, Gruppen von Galaxien – denen zwischen 10 und 100 Galaxien zugehören – und schließlich Galaxienhaufen, die mehr als 100 Objekte umfassen. Einzeln stehende Galaxien sind nicht die Regel, sondern eher die Ausnahme.

Galaxienhaufen

Die Galaxien schließen sich zu Galaxienhaufen zusammen, die Hunderte bis Tausende von Galaxien enthalten können. Unser Sternsystem bildet zusammen mit 20 bis 30 anderen Galaxien die sog. Lokale Galaxiengruppe.

Galaxienhaufen schließen sich wieder zu größeren Ansammlungen, den Superhaufen, zusammen.

Darüberhinaus gibt es noch andere komplexe Strukturen im Raum.

Die Galaxien werden durch die Expansion des Weltalls auseinandergetrieben. Vor etwa 18 bis 20 Mrd. Jahren (die Zahlenwerte können vielleicht maximal um den Faktor 2 unsicher sein) entstand die Welt in einem gewaltigen „Feuerball“, dem „Ur-Knall“.