Eine Galaxie ist eine riesige Ansammlung von Sternen, Sternhaufen, interstellarem Gas und Staub sowie dunkler Materie, die alle durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Das Wort "Galaxie" leitet sich vom griechischen Wort "galaxias" ab, was "milchig" bedeutet, es ist ein Hinweis auf unsere eigene Galaxie, die Milchstraße.
Galaxien erscheinen am Himmel als riesige Lichtwolken mit einem Durchmesser von Tausenden von Lichtjahren. Es gibt möglicherweise mehr als 170 Milliarden Galaxien im beobachtbaren Universum. Einige, sogenannte Zwerggalaxien, sind mit etwa 10 Millionen Sternen sehr klein, während andere mit geschätzten 100 Billionen Sternen riesig sind. Die Schwerkraft bindet die Sterne zusammen, sodass sie nicht frei durch den Raum wandern. Das Licht, das wir von jeder dieser Galaxien sehen, kommt von den darin befindlichen Sternen.
Wir leben auf einem Planeten namens Erde, der Teil unseres Sonnensystems ist. Unser eigenes Sonnensystem befindet sich innerhalb einer Galaxie. Unsere Sonne ist nur einer von über 100 Milliarden Sternen in einer Galaxie namens Milchstraße. Alle Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, sind Teil der Milchstraße. Und genau wie unser Sonnensystem ist unsere Galaxie in Bewegung. Die Sterne innerhalb der Milchstraße kreisen um den zentralen Kern. Auch die Milchstraße selbst bewegt sich. Tatsächlich scheinen sich alle Galaxien im Universum mit enormer Geschwindigkeit voneinander zu entfernen.
Galaxien sind nach ihrer Form gekennzeichnet. Einige Galaxien werden „Spirale“ genannt, weil sie am Himmel wie riesige Windräder aussehen. Die Galaxie, in der wir leben, die Milchstraße, ist eine Spiralgalaxie. Einige Galaxien werden „elliptisch“ genannt, weil sie wie flache Kugeln aussehen. Eine Galaxie kann als „unregelmäßig“ bezeichnet werden, wenn sie nicht wirklich eine Form hat.
Hubbles Klassifikationsschema
Jeder Galaxie ist ein Buchstabe zugeordnet - E=elliptisch, S=spiralförmig, Irr=unregelmäßig
Betrachten wir die Eigenschaften von vier Hauptgruppen von Galaxien:
1. Spiralgalaxie
Es wird angenommen, dass Spiralgalaxien jünger sind als elliptische Galaxien, da sich Spiralgalaxien durch ihre Gas- und Staubsternbildung verlangsamen, ihre Spiralform verlieren und sich langsam zu elliptischen Galaxien entwickeln.
S0-Galaxien werden auch als Linsengalaxien bezeichnet.
2. Vergitterte Spiralgalaxie
3. Elliptische Galaxie
4. Unregelmäßige Galaxie
5. Starburst-Galaxie
Entstehung und Entwicklung von Galaxien
Es gibt zwei führende Theorien, die erklären, wie sich die ersten Galaxien gebildet haben.
Man sagt, dass Galaxien geboren wurden, als riesige Gas- und Staubwolken unter ihrer eigenen Anziehungskraft kollabierten und Sterne entstehen ließen.
Die andere besagt, dass das junge Universum viele kleine Materieklumpen enthielt, die sich zu Galaxien zusammenballten. Das Hubble-Weltraumteleskop hat viele solcher Klumpen fotografiert, die die Vorläufer moderner Galaxien sein könnten. Nach dieser Theorie waren die meisten frühen großen Galaxien Spiralgalaxien. Doch im Laufe der Zeit verschmolzen viele Spiralen zu Ellipsen.
Der Prozess der Galaxienbildung hat nicht aufgehört. Unser Universum entwickelt sich weiter. Kleine Galaxien werden häufig von größeren verschlungen. Die Milchstraße enthält möglicherweise die Überreste mehrerer kleinerer Galaxien, die sie während ihres langen Lebens verschluckt hat. Die Milchstraße verdaut schon jetzt mindestens zwei kleine Galaxien und könnte in den nächsten paar Milliarden Jahren weitere anziehen.
Wenn zwei oder mehr Galaxien nahe genug beieinander sind, ziehen die Gravitationskräfte die Galaxien aufeinander zu. Diese Anziehungskraft nimmt zu, wenn die Galaxien aufeinander zu wandern. Die Galaxien können aneinander vorbeiziehen oder kollidieren.
Die Antennengalaxien sind ein Beispiel für zwei Spiralen, die dabei sind zu kollidieren. Wir werden das Endergebnis zu unseren Lebzeiten nicht sehen, da dieser Prozess Hunderte von Millionen Jahren dauert.
Manchmal tauchen kleinere Galaxien in größere Galaxien ein. Diese Art von Kollision erzeugt einen Welleneffekt, wie ein Stein, der in einen Teich geworfen wird. Die Cartwheel-Galaxie ist ein Beispiel für diese Art von Kollision. Der äußere Ring aus blauen Sternen in dieser Galaxie zeigt eine Welle der Sternentstehung an, die aus der Kollision resultiert.
Die Milchstraße und Andromeda sind Beispiele für zwei Spiralgalaxien, die schließlich kollidieren könnten (etwa 5 Milliarden Jahre in der Zukunft).
Galaxienfusionen können zwischen einigen hundert Millionen und einigen Milliarden Jahren dauern, bis sie abgeschlossen sind. Sie können intensive Ausbrüche neuer Sternentstehung auslösen und sogar riesige Schwarze Löcher erzeugen.
Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie im Universum. Unser Sonnensystem – das die Sonne, die Erde und sieben weitere Planeten umfasst – ist Teil dieser Galaxie, die Milchstraße genannt wird. Die Milchstraße enthält Hunderte Milliarden Sterne wie unsere Sonne. Alle Sterne und Planeten, die Sie sehen können, sind Teil der Milchstraße. Unser nächster Nachbar ist Proxima Centauri. Er ist etwa 4,2 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Erde befindet sich etwa auf halber Strecke zwischen dem Zentrum der Milchstraße und ihrem äußeren Rand.
Das Rotationszentrum der Milchstraße ist als Galaktisches Zentrum bekannt und befindet sich etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung der Sternbilder Schütze, Schlangenträger und Skorpion.
Die Milchstraße ist eine Gruppe von etwa 50 Galaxien, die als Lokale Gruppe bezeichnet wird. Die größten und massereichsten Galaxien in der Lokalen Gruppe sind die Milchstraße, Andromeda und die Dreiecksgalaxie. Jede dieser Galaxien hat eine Ansammlung von Satellitengalaxien, die sie umgeben.
Die Andromeda-Galaxie ist die der Milchstraße am nächsten gelegene Galaxie und etwa 2 Millionen Lichtjahre entfernt. Die Milchstraße wird in etwa 5 Milliarden Jahren mit der Andromeda-Galaxie kollidieren.
Teile der Milchstraße
1. Galaktische Scheibe – Hier befinden sich die meisten der mehr als 200 Milliarden Sterne der Milchstraße. Die galaktische Scheibe besteht aus folgenden Teilen:
2. Kugelsternhaufen – Einige Hundert davon sind über und unter der Scheibe verstreut. Die Sterne hier sind viel älter als die in der galaktischen Scheibe.
3. Halo – Eine große, dunkle Region, die die gesamte Galaxie umgibt. Es besteht aus heißem Gas und möglicherweise dunkler Materie. Der größte Teil der Masse der Galaxie liegt in den äußeren Teilen der Galaxie (wie dem Halo), wo wenig Licht von Sternen oder Gasen abgegeben wird.
Die Große Magellansche Wolke (LMC) ist eine Satelliten-Zwerggalaxie der Milchstraße, die zu den erdnächsten Galaxien gehört. Er ist etwa 163.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Zusammen mit ihrer begleitenden Zwerggalaxie, der Kleinen Magellanschen Wolke, ist die LMC als schwache Wolke am Himmel der südlichen Hemisphäre sichtbar. Es liegt an der Grenze der Sternbilder Dorado und Mensa. Die Milchstraße verbraucht Gas, das aus den Magellanschen Wolken strömt. Schließlich könnten diese beiden kleineren Galaxien mit der Milchstraße kollidieren. Sowohl die LMC als auch die SMC haben Sternentstehungsregionen, und die LMC war der Schauplatz der spektakulären Supernova-Explosion von 1987.
Die Andromeda-Galaxie ist die größte Galaxie, die der Milchstraße am nächsten liegt. Diese Galaxie ist nach dem Sternbild Andromeda benannt. Es ist auch als Messier 31 oder M31 bekannt. Diese Spiralgalaxie befindet sich in einer Entfernung von 2,5 Millionen Lichtjahren von unserer Galaxie. Sie ist die größte in der lokalen Gruppe oder dem lokalen Cluster, aber nicht die größte Galaxie insgesamt.
Es wird angenommen, dass diese Galaxie vor 5 bis 9 Milliarden Jahren entstand, als zwei kleinere Galaxien kollidierten und verschmolzen.
Astronomen verwenden diese Galaxie, um den Ursprung anderer solcher Galaxien zu verstehen, da sie unserem Planeten am nächsten ist. Es ist das am weitesten entfernte Objekt, das mit bloßem menschlichen Auge erkannt werden kann.
Die Andromeda-Galaxie wurde einst als Nebel klassifiziert. Es hat verschiedene Satellitengalaxien, darunter 14 Zwerggalaxien. Die Länge dieser Galaxie beträgt ungefähr 260.000 Lichtjahre.
Die Andromeda-Galaxie nähert sich uns mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 140 Kilometern pro Sekunde. Die Andromeda-Galaxie und die Milchstraße rücken mit der Zeit immer näher zusammen. Astronomen glauben, dass diese beiden Galaxien in etwa 5 Milliarden Jahren verschmelzen werden.
Doppler-Effekt und Rotverschiebung
Der Doppler-Effekt ist die scheinbare Änderung der Frequenz oder Wellenlänge einer Welle, die von einem Beobachter wahrgenommen wird, der sich relativ zur Quelle der Wellen bewegt.
Sich nähernde Lichtquellen zeigen eine Blauverschiebung und sich entfernende Lichtquellen zeigen eine Rotverschiebung.
Wenn sich Sterne bei Beschleunigung von anderen Sternen oder Objekten wegbewegen, ist dies eine Rotverschiebung.
Wenn sich ein Stern auf die Erde zubewegt, werden seine Lichtwellenlängen komprimiert. Dadurch verschieben sich die dunklen Linien im Spektrum zum blau-violetten Ende des Spektrums. Das bedeutet, dass sich die astronomische Lichtquelle (Stern oder Galaxie) der Erde nähert.
Hubble nutzte den Doppler-Effekt für Licht, um die Geschwindigkeit zu messen, mit der sich Sterne und Galaxien uns nähern oder von uns entfernen. Er fand heraus, dass alle Galaxien jenseits der Lokalen Gruppe eine Rotverschiebung in ihren Spektren aufweisen, was bedeutet, dass sie sich von der Erde entfernen müssen. Wenn sich alle Galaxien außerhalb der Lokalen Gruppe von der Erde entfernen, muss sich das gesamte Universum ausdehnen.
Hubbles Gesetz
Hubbles Gesetz ist die Aussage in der Astronomie, dass sich Galaxien voneinander entfernen und dass die Geschwindigkeit, mit der sie sich zurückziehen, proportional zu ihrer Entfernung ist. Es führt zum Bild eines expandierenden Universums und durch Extrapolation zurück in die Zeit zur Urknalltheorie.
Urknalltheorie
Die führende Theorie über die Entstehung des Universums heißt Urknalltheorie. Nach dieser Theorie begann das Universum vor etwa 13,7 Milliarden Jahren mit einer gewaltigen Explosion. Das gesamte Universum begann sich überall gleichzeitig auszudehnen.
