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Was ist eine Galaxie?

Die Astronomie definiert Galaxien als Strukturen im Universum, die aus einer Ansammlung von einigen 100 Milliarden Sternen, Planetensystemen und anderen stellaren Himmelskörpern (Asteroiden, Kometen) sowie Gas- und Staubwolken (Nebel) bestehen. Galaxien sind die größten durch Gravitation gebundenen Sternensysteme im Universum. Die Galaxien werden nach einem vom amerikanischen Astronomen Edwin Hubble im Jahr 1936 entwickelten morphologischen Ordnungssystem eingeteilt, der sogenannten Hubble-Klassifikation. Dieses System teilt die Galaxien in folgende Typen ein:

  • Elliptische Galaxien
  • Spiralgalaxien
  • Balkenspiralgalaxien
  • Irreguläre Galaxien

Spiralgalaxien

Spiralgalaxien erscheinen ihrem visuellen Eindruck nach als scheibenförmige Galaxien mit meist mehreren Spiralarmen. Die Sterne in der Scheibe bewegen sich alle in die gleiche Richtung um den Mittelpunkt der Galaxie. Die Spiralarme entstehen als Folge dieser leicht versetzten, elliptischen Umlaufbahn um das galaktische Zentrum. Die Scheibe einer Spiralgalaxie wird unterteilt in eine dünne und eine dicke Scheibe. In der dünnen Scheibe sind die Spiralarme und das meiste interstellare Material eingelagert. Sie enthält junge, heiße Sterne, während in der dicken Scheibe alte Sterne enthalten sind. Etwa 50 % der Spiralgalaxien besitzen eine Balkenstruktur.

Balkenspiralgalaxien

Das markanteste Merkmal dieser Balkenspiralgalaxien ist ein mehr oder weniger gerades Band von sehr hellen Sternen, dem Balken. Dieser kann sich vom Zentrum der Galaxie bis an deren Rand erstrecken. Vom Ende des Balkens gehen dann die Spiralarme der Galaxie aus. Das Milchstraßensystem ist eine Balkenspiralgalaxie. Ein anderes bekanntes Beispiel einer Spiralgalaxie, ist die in einer Entfernung von 2,4–2,7 Millionen Lichtjahre zur Milchstraße liegende Andromeda-Galaxie.

Elliptische Galaxien

Elliptische Galaxien hingegen haben keine Spiralarme und zeigen eine kreisförmige oder elliptische Form. Es sind die bei Weitem größten Galaxien im Universum und sie sind im Gegensatz zu Spiralgalaxien auch sehr viel älter. Elliptische Galaxien entstanden vermutlich durch das Verschmelzen von Spiralgalaxien und bestehen hauptsächlich aus massearmen Sternen, da die massereichen Sterne bereits das Ende ihrer Entwicklung erreicht haben und kollabiert sind. Dabei wird der ursprüngliche Stern vernichtet und es entsteht ein neuer Stern. Dieser Prozess wird in der Astronomie als Supernova bezeichnet und bedeutet das kurzzeitige, helle Aufleuchten eines massereichen Sterns am Ende seiner Lebenszeit durch eine Explosion. Dabei entstehen entweder Sterne mit kompakter Masse, sogenannte Neutronensterne (Pulsare) oder schwarze Löcher und Sterne mit geringerer Masse, sogenannte Weiße Zwerge. Während in Spiralgalaxien die Sternentstehungsrate noch sehr hoch ist, bilden sich in elliptischen Galaxien so gut wie keine Sterne mehr. Als besonders eindrucksvolles Beispiel einer elliptischen Galaxie gilt NGC 1316 im Sternbild Fornax. Diese auch unter dem Namen „Fornax A“ bekannte, linsenförmige Galaxie, ist eine der hellsten astronomischen Radio-Quellen am Nachthimmel und doppelt so groß wie die Milchstraße.

Irreguläre Galaxien

Irreguläre Galaxien sind kleine Galaxien mit wenigen Sternen. Diese Zwerggalaxien haben ein unregelmäßiges Aussehen und sind ansonsten strukturlos. Ein Beispiel für diesen Typ sind die in direkter Nachbarschaft zur Milchstraße liegende große und kleine magellansche Wolke.

Farbliche Unterschiede von Galaxien beim Blick durch das Teleskop

Elliptische Galaxien erscheinen im Teleskop in rötlicher Farbe, da die dort vorhandenen massearmen Sterne rotes Licht aussenden. Spiralgalaxien hingegen erscheinen blau, da es dort noch sehr viele junge Sterne gibt, die blaues Licht aussenden.

Wie sind die Galaxien entstanden?

Vor rund 13,8 Milliarden Jahren ist das Universum in einem bestimmten Augenblick aus einer ursprünglichen Singularität heraus entstanden und dehnt sich seitdem aus. Dieser Anfangspunkt der Entstehung von Materie, Raum und Zeit wird in der Kosmologie Urknall genannt. Die Urknalltheorie ist heute allgemein anerkannt. Ein Beweis für den Urknall ist die von Edwin Hubble beobachtete und bewiesene Expansion des Universums. Als das Universum entstand, gab es noch keine Galaxien. Die ersten Galaxien entstanden erst etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall.

Ursprünglich lag die Materie im Universum als strahlendes Plasma (Gemisch aus freien Atomkernen, Protonen und Elektronen) vor. Es dauerte etwa 400.000 Jahre, bis die Temperatur soweit abgesunken war, dass sich stabile Atome bilden konnten. Am Anfang waren Strahlung und Materie noch weitestgehend im Gleichgewicht. Durch weitere Abnahme der Temperatur fand auch eine weitere Entkopplung der Strahlung von der Materie statt. Die Materie geriet damit zunehmend unter den Einfluss der Gravitation und es bildeten sich großräumigere Strukturen, z. B. große Gaswolken im Kosmos.

Im Laufe der Zeit verdichteten sich die Gaswolken und es bildeten sich die ersten Sterne. Diese waren in der frühen Zeit des Universums noch sehr massereich und hatten daher nur eine geringe Lebensdauer von 3–10 Millionen Jahren. Sie kollabierten in einer Supernova und es entstanden neue, wesentlich massenärmere und kleinere Sterne. Aus diesen Sternen wiederum bildeten sich die ersten Kugelsternhaufen und aus diesen Vorläufern schließlich die ersten Galaxien, darunter auch die Milchstraße.

Wie viele Galaxien gibt es?

Am 20. Mai 1990 begann eine neue Ära für Astronomen und Astrophysiker. An diesem Tag schoss das Hubble-Weltraumteleskop seine erste Aufnahme im Weltraum. Das 13 Meter lange Ungetüm wurde am 24. April 1990 von der Raumfähre Discovery im Orbit ausgesetzt. Seither umrundet es mit einer Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern pro Stunde die Erde und hat mit mehr als einer Million Fotos aus den Tiefen des Alls die moderne Astronomie revolutioniert.

Anfang der Neunzigerjahre wurde die Anzahl der im Universum vorhandenen Galaxien anhand der Hubble Daten auf etwa 100 Milliarden geschätzt. Diese Zahl wurde mittlerweile revidiert. Eine neue Auswertung und Analyse der Hubble Aufnahmen ergab eine viel höhere Anzahl. Durch mathematische Hochrechnungen in einem, im Computermodell erstellten, dreidimensionalen Universum, kamen Astronomen zu dem erstaunlichen Schluss, dass die Anzahl der Galaxien im Universum weit über einer Billion liegen muss. Dabei ist die überwiegende Anzahl dieser Galaxien mit den derzeit verfügbaren Teleskopen nicht zu erkennen.

Es bleibt die interessante Frage, welche neuen Erkenntnisse uns die nächste Generation von Teleskopen ermöglichen wird. Eine erste Antwort darauf kann vielleicht ein Gemeinschaftsprojekt der NASA, der ESA und der kanadischen Weltraumagentur (CSA) liefern. Das sich bereits im Bau befindliche James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) soll die Leistungen von Hubble weit übertreffen und könnte schon im Jahr 2021 ganz neue Einblicke in den Weltraum ermöglichen. JWST arbeitet fast ausschließlich im Infrarotspektrum und wird im Unterschied zum Hubble-Teleskop, das in einer Höhe von ca. 600 km die Erde umkreist, 1,5 Millionen km entfernt von der Erde stationiert werden.