Dr. Freund's Multiversum
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Klassifizierung und Entstehung von Galaxien mit Beispielen, Schaubildern und geschichtlichem Rückblick.
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Galaxien

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Spiralgalaxie
Eine Spiralgalaxie (Künstlerische Darstellung)
Geschichtliches
Andromeda-Galaxie (M31)
Die Andromeda-Galaxie (M31)

Im 18. Jahrhundert waren Galaxien für die Astronomen lediglich ein Ärgernis, denn die diffusen Lichtflecken wurden häufig mit Kometen verwechselt, den zu dieser Zeit populärsten Himmelskörpern. Von 1758 bis 1782 stellte der französische Astronom Charles Messier den nach ihm benannten Katalog aus ca. 100 Sternhaufen, Nebeln und Galaxien zusammen, um die Kometenjäger von falschen Fährten abzubringen. Noch heute werden viele Galaxien, wie z.B. die Andromeda-Galaxie M31 (Bild links), mit ihrer Nummer aus dem Messier-Katalog bezeichnet, der immer ein "M" vorangestellt ist.

Mit dem New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars (NGC) veröffentlichte John Louis Emil Dreyer 1887 einen noch umfangreicheren Katalog von 7840 nebulösen Himmelsobjekten. 1895 und 1907 folgten von Dreyer noch die Index Catalogues IC I und IC II mit weiteren 5386 Nebeln, über deren Natur aber nur spekuliert werden konnte. Im Jahr 1920 kam es in der "Grossen Debatte" zwischen den amerikanischen Astronomen Harlow Shapley  und Heber D. Curtis zum ersten Höhepunkt. Während Shapley unsere eigene Milchstrasse für die einzige Welteninsel im gesamten Universum hielt, glaubte Curtis, dass sie nur eine unter vielen Galaxien wäre. Nach Curtis' Meinung wären die katalogisierten Nebel allesamt eigenständige Galaxien ausserhalb der Milchstrasse. Erst 1923 stand dem amerikanischen Astronom Edwin Powell Hubble (siehe auch: Hubble-Konstante) mit dem damals leistungsfähigsten Hooker-Spiegelteleskop am Mount Wilson Observatorium ein geeignetes Instrument zur Verfügung, um die Debatte zu entscheiden. Mit der Auflösung der Andromeda-Galaxie in ihre Einzelsterne bestätigte Hubble  die Theorie von Curtis und veränderte das vorherrschende Weltbild (siehe auch: Entstehung des Weltalls: Expansion). Heute wird die Anzahl der Galaxien im Weltall auf ca. 100 Milliarden geschätzt,  von denen jede wiederum durchschnittlich 100 Milliarden Sterne enthalten dürfte. Übrigens erwiesen sich nicht alle Objekte in den Messier- und NGC-Listen als eigenständige Galaxien. Bei vielen von ihnen handelt es sich um Gaswolken, Sternhaufen und Supernova-Überreste in unserer eigenen Milchstrasse.

Klassifizierung von Galaxien
Hubble-Typen
Das Stimmgabel-Diagramm nach Hubble

Alle Galaxien sind Ansammlungen aus Gas, Staub und natürlich mehreren Milliarden Sternen, die durch ihre eigene Gravitation zusammengehalten werden und um das gemeinsame Schwerezentrum rotieren. Das sind aber auch schon die einzigen Gemeinsamkeiten, denn Galaxien können in allen möglichen Formen auftreten. 1925 schaffte Hubble ein wenig Ordnung im Galaxien-Zoo, indem er ein Klassifizierungs-Schema entwickelte (Bild oben), in das sich alle Galaxien einordnen lassen. Das auch "Stimmgabel Diagramm" genannte Schema teilt die Galaxien in Elliptische (E), Spiralen (S), Balkenspiralen (SB) und Irreguläre (Irr) auf und ist noch heute gebräuchlich. Weitere Unterteilungen sind durch angehängte Kleinbuchstaben oder Zahlen möglich.

Spiralgalaxien
Whirlpool-Galaxie (M51)
Eine typische Spiralgalaxie:
Die Whirlpool-Galaxie (M51)

In Spiralgalaxien kreisen die meisten Sterne in einer scheibenförmigen Ebene um einen wulstigen Kernbereich. Die namensgebenden Spiralarme sind Sternentstehungs-Gebiete in denen sich aus den reichhaltigen Gasvorräten leuchtkräftige, junge Sterne bilden und die durch die innen schnellere Rotation aufgerollt zu werden scheinen (siehe auch: Keplersche Gesetze). Tatsächlich sind die Spiralarme Dichteschwankungen, die die Bildung von Sternen fördern und die langsamer rotieren als die Sterne selbst. Andernfalls hätten sich die Spiralarme jeder Galaxie längst dicht um den Kern gewickelt. Spiralgalaxien sind ausserdem häufig von einem Halo aus Kugelsternhaufen mit älteren Sternen umgeben. Die Whirlpool-Galaxie M51 (Bild links) ist eine typische Spiralgalaxie vom Typ Sc.

Balkenspiralen
M83
Die Galaxie M83 gehört zu den Balkenspiralen

Balkenspiralen sind normalen Spiralgalaxien sehr ähnlich, besitzen jedoch zwei ausgeprägte Fortsätze, die an gegenüber liegenden Seiten des gasreichen Kerns ansetzen und erst weiter aussen in die Spiralarme übergehen. Die Enden der Balken sind häufig Gebiete intensiver Sternentstehung. Wie sich solche Balken entwickeln können und ob sie sich nach einiger Zeit wieder auflösen, ist noch umstritten. Die Erklärungen reichen von Gezeitenkräften, die eine Verlagerung des Kern-Drehmoments nach aussen erfordern, bis zur Wechselwirkung oder gar Kollision mit anderen Galaxien. Ein Beispiel für eine Balkenspirale vom Typ SBc ist M83 (Bild links) und auch unsere Heimat-Galaxie, die Milchstrasse, ist offenbar eine Balkenspirale.

Elliptische Galaxien
M87 im Virgo-Cluster
Die riesige Elliptische Galaxie M87 im Virgo-Cluster

Elliptische Galaxien sind sphärisch und besitzen keine komplexen Strukturen wie die Spiralgalaxien. Ihre Sterne umkreisen den nur schwach ausgeprägten Kern nicht in einer Ebene, sondern auf unzähligen, gegeneinander geneigten Bahnen. Ausserdem enthalten Elliptische Galaxien nur wenig Gas und Staub, so dass der Baustoff für neue Sterne fehlt. Deshalb bestehen sie überwiegend aus alten, roten oder orangen Sternen (siehe auch: Rote Riesen, Rote Zwerge). Ein Riese unter den Elliptischen Galaxien ist M87 (Bild links), die fast kugelförmige Zentral-Galaxie des Virgo-Clusters vom Typ E1.

Irreguläre Galaxien
NGC4449
Die kleine Irreguläre Galaxie NGC4449

Die Klasse der Irregulären Galaxien ist eigentlich eine kleine Mogelpackung, denn hier landen alle Galaxien, die sich nicht so recht in Hubble's "Stimmgabel Diagramm" einfügen wollen. Die Irregulären Galaxien besitzen gewöhnlich eine zufällige, beinahe explosive Form und aus ihrem reichlich vorhandenen Wasserstoff bilden sich fortgesetzt neue Sterngenerationen. NGC4449 (Bild links) ist eine Irreguläre Galaxie in ca. 12 Millionen Lichtjahren Entfernung.

Entwicklung der Galaxien

Hubble's Klassifizierung legt die Vermutung nahe, dass die Galaxien nicht ewig dem gleichen Typ angehören, sondern sich nahtlos ineinander umwandeln können. Die einzelnen Hubble-Typen wären also Schnappschüsse in der Entwicklung der Galaxien. Demnach wären aus rotierenden Gaswolken zunächst Spiralgalaxien entstanden, die ihren Gasvorrat durch Sternbildung langsam aufgebraucht hätten. Im Lauf der Zeit konnten auch Kollisionen zwischen den Galaxien stattfinden, bei denen die Spiralarme langsam verwischt und die Bahnen der Sterne aus der Scheibenebene heraus gedreht worden wären. Das Ergebnis wären die alten, aber massereichen Elliptischen Galaxien.

Entwicklung der Galaxien
Die Galaxien-Typen als verschiedene Entwicklungs-Stadien

Eine alternative Theorie geht von einer parallelen Entwicklung der Elliptischen und Spiralgalaxien aus. Danach hätten sich die Gaswolken zunächst zu Protogalaxien mit Quasaren in ihrem Inneren verdichtet. Schnell rotierende Protogalaxien wären dann zu Seyfert-Galaxien mit immer noch aktivem Kern und schliesslich zu normalen Spiralgalaxien geworden. Langsam rotierende Protogalaxien hätten sich hingegen als aktive Radio-Galaxien ihres Gases entledigt und Elliptische Galaxien gebildet.
Welches dieser zwei Entstehungs-Modelle die tatsächlichen Vorgänge am besten beschreibt, ist noch ungeklärt. Möglicherweise sind sogar beide zutreffend, so dass Elliptische Galaxien in jedem Fall das Endprodukt wären. Deshalb wird bei Elliptischen Galaxien noch immer nach Hinweisen auf eine unterschiedliche Entstehungsgeschichte gesucht.
Auch Quasare könnten nicht nur ein exotisches Phänomen aus den Kindertagen der Galaxien, sondern eine sich wiederholende Phase sein. So könnte die Kollision von Galaxien den schlafenden Schwarzen Löchern in ihren Zentren neue Materie-Nahrung zuführen, was sich in einem erneuten Energieausbruch äussern würde.


 
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