Astronomietagebuch – Teil 8: Es war einmal vor langer Zeit, in einer weit, weit entfernten Galaxis

…lange bevor die Rebellion aus dem Kopf von George Lukas kam und das Imperium noch als „galaktisches Imperium“  und nicht als „The Walt Disney Company“ bekannt war, existierte in unserem Universum noch nicht viel. Es gab ein bisschen Wasserstoff, ein bisschen Helium und alles flog durch die Gegend.

Geeks, ich bin euer neuer Imperator
Geeks, ich bin euer neuer Imperator

Nachdem sich die Materie weit genug im Universum ausbreiten könnte, damit Photonen aus selbiger austreten und als Licht durch das Universum reisen konnten, wäre für einen Beobachter klar zu sehen gewesen, dass der Wasserstoff und das Helium im Universum fast gleichmäßig verteilt waren. Es ist wichtig zu betonen, dass diese Verteilung nur beinahe gleichmäßig war, denn wäre die ganze Materie des Universums exakt gleichmäßig verteilt, gäbe es heute nichts außer einer homogenen Wolke aus Wasserstoff und Helium. Im Zuge der Expansion des Universums muss es allerdings winzige Unterschiede in der Dichte des Universums gegeben haben, sodass sich kleine Ansammlungen von Atomen bilden konnten. Diese dichteren Flecke expandierten weiter gemeinsam mit dem Rest des Universums, konnten allerdings im Laufe der Jahre immer weitere Atome ansammeln und so wachsen. Wurden diese Wolken groß genug um später Galaxien auszubilden, spricht man von sogenannten „protogalaktischen Wolken“. Diese Wolken verdichten sich aufgrund ihrer eigenen Gravitation immer weiter, sodass die ersten Sterne entstehen können. Diese Sterne werden als Halosterne bezeichnet und man findet einige davon heute noch in Galaxien. Man erkennt sie daran, dass ihre Bewegungsrichtung nicht der Rotation der Galaxie entspricht, was daran liegt, dass sie schon existierten, bevor die entstehende Galaxie eine Rotationsbewegung begann.
Als Halo bezeichnet man allgemein auch die Gaswolke, die eine Galaxie umgibt und neben den Halosternen auch diverse Kugelsternhaufen, interstellare Gaswolken aber auch dunkle Materie beinhaltet.

Die Geburt einer Galaxie GEMEINFREI
Die Geburt einer Galaxie
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Die protogalaktischen Wolken sackten durch ihre eigene Gravitation immer weiter zusammen und strahlen dabei thermische Energie ab, was sie abkühlt und dafür sorgt, dass sich die Dichte erhöht. In diesen kühlen und dichten Regionen verdichtete sich die Materie soweit, dass die ersten massereichen Sterne entstehen und innerhalb weniger Jahrmillionen wieder verglühen konnten, wobei sie einen Haufen neu fusionierter Elemente in den Nebel streuten. Während dieser Supernovae heizte sich die Wolke wieder auf und verlangsamte so die Entstehung weiterer Sterne (je mehr Energie so ein paar Atome besitzen, desto schwieriger ist es, diese Atome mittels Gravitation zusammenzuziehen).

Da sich die ganze Materie um den dichtesten Punkt der protogalaktischen Wolke dreht, entstehen die Spiralarme der zukünftigen Galaxie. In dieser Scheibe (alle Galaxien weisen eine ziemlich einheitliche, flache Verteilung ihrer Materie auf) drehen sich alle Sterne die erst dann entstehen konnten, als die protogalaktische Wolke bereits mit ihrer Rotation begonnen hatte – was den Unterschied zu den Halosternen verdeutlicht.

Die Milchstraße mit ihren charakteristischen Spiralarmen GEMEINFREI
Die Milchstraße mit ihren charakteristischen Spiralarmen
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Nun gibt es nicht nur spiralförmige Galaxien wie die Milchstraße, sondern auch Galaxien die eine ellipsenform aufweisen und sich von Spiralgalaxien durch das Fehlen solcher charakteristischer Strukturen unterscheiden.

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Neben Spiralen und Ellipsen gibt es auch noch die sogenannten irregulären Galaxien, die man eigentlich auch als chaotischen Haufen bezeichnen könnte, bei dem keine Form von Struktur zu finden ist.

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Wieso es so viele verschiedene Galaxien gibt, ist noch nicht genau erforscht. Um genau zu sein ist eines der lebhaftesten Fachgebiete der Astronomie die Untersuchung der Galaxienentwicklung. Zur Entstehung solcher Galaxien gibt es bisher lediglich einige Hypothesen. Eine geht davon aus, dass die protogalaktischen Wolken schon bei ihrer Entstehung geringe Dichteunterschiede aufwiesen, aufgrund derer sich die Galaxien unterschiedlich entwickeln konnten. Eine weitere Hypothese besagt, dass sich alle Galaxien gleichmäßig entwickelt haben, aber im Laufe ihres Lebens mit anderen Galaxien interagierten, woraus die unterschiedlichen Formen resultierten.

Man könnte die Entstehung von elliptischen Galaxien damit erklären, dass sie eben nicht genug Drehimpuls besaßen, um während ihres Kollaps die Geschwindigkeit auszubilden, die für die Spiralform notwendig war, weswegen es nur zur Ellipse gereicht hat.

Oder man wählt das Erklärungsmodell, das die Dichte miteinbezieht. Eine protogalaktische Wolke mit hoher Dichte strahlt schneller Energie ab, was die Abkühlung beschleunigt und die Entstehung von Sternen begünstigt. Man könnte so also das Gas der Wolke schnell genug in Sterne verwandeln, bevor es Zeit hatte, Spiralarme auszubilden.
Dieses Erklärungsmodell wird auch durch elliptische Riesengalaxien bestärkt, die man beobachten konnte. Diese Galaxien enthalten weder weiße noch blaue Sterne, was als Hinweis gedeutet werden kann, dass dort keine neuen Sterne mehr entstehen – und das obwohl uns das Licht der Galaxien aus einer Zeit erreicht, in der das Universum erst einige Milliarden Jahre alt war und eigentlich noch genügend Materie vorhanden sein sollte.

Vermutlich läuft es darauf hinaus, dass alle Erklärungen Teil eines größeren Gesamtvorgangs sind. Man darf nicht vergessen, dass sich Galaxien nur selten alleine ohne Interaktion mit anderen Galaxien entwickeln und die Betrachtung einer Galaxie als isolierter Sternenhaufen zu kurz gedacht wäre.

Es bleibt auf jeden Fall spannend, welche Modelle die Astronomie in den nächsten Jahren produzieren wird, um die Entstehung der Galaxien zu erklären

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