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Galaxien sind Ansammlungen von Milliarden von Sternen; unsere Heimgalaxie, die
Milchstraße ist ein typisches Beispiel dafür. Sterne, Gase und interstellarer Staub
umkreisen den Mittelpunkt der Galaxie aufgrund der Gravitationskräfte von all
den anderen Sternen. Neue Sterngenerationen bilden sich aus Gas, das sich innerhalb
von Regionen verdichtet, die molekulare Riesenwolken
genannt werden, und aus den Sternen bilden sich manchmal Sternhaufen heraus.
Hat ein Stern das Ende seiner Entwicklung erreicht, kann es einen Großteil
seines Gases an das interstellare Zentrum zurück geben, was die Quelle einer
neuen Sterngeneration bilden würde. Galaxien können als Systeme gedacht werden,
die Gas in Sterne und wieder zurück wandeln.
Betrachten wir eine Galaxie, so kommt das Licht das wir sehen aus zwei Quellen.
Zum einen sehen wir das Licht von Milliarden von Sternen; da die meisten Galaxien
zu weit entfernt sind, sehen wir nicht die einzelnen Sterne - sondern nur das gemeinsame
diffuse Licht aller Sterne. Zum zweiten sehen wir das fluoreszierende Licht, das
von Gasen emittiert wird, die durch heiße, strahlende Sterne ionisiert werden.
Diese glühenden Gaswolken kennzeichnen die Lage von neugeborenen Sternen - sie sehen
oft wie Kügelchen aus, die an den Abzweigungen von Spiralgalaxien aufgereiht sind.
Sowohl das Licht der Sterne, wie auch das der Gase, wird bis zu einem gewissen Grad
von dem Staub innerhalb des interstellaren Zentrums der Galaxie, abgedämpft.
Im Vergleich zum Sonnensystem sind Galaxien riesig. Wäre man mit Lichtgeschwindigkeit
unterwegs, so würde es ungefähr zwei Sekunden dauern, um von der Erde zum Mond zu gehen,
und etwa 5 1/2 Stunden um von der Sonne bis zum Pluto zu gelangen. Jedoch würde es 25.000
Jahre dauern, um vom Mittelpunkt der Milchstraße aus die Position der Sonne zu
erreichen. Die Milchstraße hat mehr als hundert Milliarden Sterne, welche aber so
weit voneinander entfernt sind, dass sie fast nie zusammen stoßen. Selbst enge
Durchgänge zwischen zwei Sternen sind extrem unüblich. Da sich Sterne selten
gegenseitig beeinflussen, ändern sich ihre Umlaufbahnen um die Galaxie kaum. Die
Umlaufbahnen der Sterne spiegeln die Bewegungen des Gases wieder, aus dem sie
geformt wurden. Daher sagt uns die Form einer Galaxie viel über die Bedingungen,
in denen sie entstanden ist - außer wenn die Galaxie eine Kollision erlitten hat.
Während Sterne innerhalb einer Galaxie von sehr großen Distanzen, im Vergleich zu
ihrer Größe, voneinander getrennt sind, lassen sich die nächsten Nachbarn einer
Galaxie in viel kleineren Entfernungen finden, im Vergleich zu der Größe einer Galaxie.
Folglich sind Zusammenstöße zwischen Galaxien, während sie sich durch den intergalaktischen
Raum bewegen, nicht ungewöhnlich. Wenn Galaxien kollidieren, durchdringen sie sich
gegenseitig - die Sterne schlüpfen hindurch - aber die Gaswolken in einer Galaxie werden
von den Gaswolken in der anderen Galaxie zusammengepresst und abgebremst. Die Umlaufbahnen
der Sterne können wesentlich gestört werden (wegen der Gravitationskraft, die eine
Galaxie auf die andere ausübt), und der Druck der Gaswolken könnte sie dazu anregen
einzustürzen und Sterne von einer besonders hohen Rate zu erzeugen.
Weil die Sterne in Galaxien so weit entfernt sind, ist die Stelle einer Galaxie
für gewöhnlich sehr vage. Vom eigenen Zuhause aus, hat man Schwierigkeiten auch nur irgendeine
Galaxie mit dem bloßen Auge zu erkennen, selbst die Nahesten. Dennoch zeigen die
SDSS Karten Galaxien im Überfluss an, in etwa so viele Galaxien, wie Sterne.
Sterne erscheinen wie kleine Punkte (helle Sterne haben eine Kreuzstruktur, die ein
Produkt des Teleskops ist). Die größeren, helleren Galaxien sind leichter festzulegen:
sie sind Lichtstellen, mit einer reichhaltigen Bandbreite an Formen, von Ellipsen bis
zu Spiralen. Die viel zahlreicheren schwächeren Galaxien sind schwerer zu finden.
Man muss nach Bildern suchen, die unschärfer und kontrastärmer als die punktähnlichen
Sterne sind.
Galaxie-Klassifikationen
Es existieren viele verschiedene Arten von Galaxien. Die unterschiedlichen Galaxietypen
sehen nicht nur anders aus, sondern haben ebenfalls andere Entstehungsgeschichten. Die drei
grundsätzlichen Galaxieklassen sind elliptisch, spiralenförmig und irregulär. Diese
Kategorien sind weiter aufgeteilt in Unterklassen, die oft mit einer Hubblesequenz
dargestellt werden. Ursprünglich dachten die Wissenschaftler, dass diese Sequenz eine
evolutionäre Folge der Galaxien verkörpere, wovon wir heutzutage wissen, dass es nicht
wahr ist. Die Entstehung und Entwicklung von Galaxien ist ein komplexer Vorgang, der
noch kaum verstanden wird.
Elliptische Galaxien
Die rötliche Farbe der elliptischen Galaxien (so wie viele andere Beobachtungen auch) geben uns etwas
wichtiges über ihre Entstehung preis. Die rote Farbe der Galaxien kommt von älteren,
kühleren Sternen. Die Tatsache, dass das meiste Licht von alten Sternen kommt, weist
darauf hin, dass der Großteil der elliptischen Galaxien vor langer Zeit entstanden ist. Die Tatsache,
dass die Farbe einer elliptischen Galaxie mehr oder weniger dieselbe in der ganzen Galaxie ist, weist
darauf hin, dass die meisten Sterne in diesen Galaxien zur selben Zeit entstanden sind.
Zudem werden die meisten elliptischen Galaxien im Universum in der Nähe anderer elliptischer
Galaxien gefunden, in Galaxienhaufen. In diesen Haufen sind etwa 75% der Galaxien elliptisch.
Diese Häufung deutet ebenso an, dass sie vor einer langen Zeit entstanden sein müssen, da
sich Galaxien wahrscheinlich zuerst in Gebieten mit einer großen Dichte, wie
Galaxiehaufen gebildet haben.
Die größten Galaxien im Universum sind die elliptischen Riesengalaxien. Sie können eine Billion
Sterne oder mehr beinhalten, und umfassen so viel wie zwei Millionen Lichtjahre - ungefähr
20 mal die Breite der Milchstraße. Einige von ihnen scheinen supermassive schwarze Löcher in
ihrem Kern zu haben - sternverschlingende Monster, die über drei Milliarden mal schwerer sind
als die Sonne. Diese elliptischen Riesengalaxien findet man oft im Kern von Galaxiehaufen.
Spiralgalaxien
In einigen Spiralgalaxien richtet die Dichtewelle die Sterne im Mittelpunkt
zu einem Balken aus. Die Abzweigungen der Balkenspiralgalaxien winden sich außerhalb der
Balkenenden hoch. Die Milchstraße kann zu der Klasse der Balkenspiralen dazugezählt
werden.
In der Hubblesequenz sind die normalen Spiralgalaxien als "S" bezeichnet und die Balkenspiralen als "SB". Jede dieser Klassifizierungen ist in drei Gattungen unterteilt, entsprechend der Größe der Kerne und dem Grad wie sich die Spiralabzweigungen aufwickeln. Die drei Unterklassen werden mit den Kleinbuchstaben "a", "b" und "c" angegeben. Einige Galaxien liegen auch zwischen den Formen der elliptischen und spiralförmigen Galaxien. Diese dazwischenliegenden Galaxien haben die Scheiben Charakteristik der Spiralgalaxien, aber keine Spiralabzweigungen. Diesen vermischten Formen wird die Bezeichnung "SO" zugeordnet. Drei Spiralgalaxien sind unten abgebildet.
Irreguläre Galaxien
Hubble erkannte zwei Sorten von irregulären Galaxien, Irr I und Irr II. Irr I ist die
allerhäufigste Art der irregulären Galaxien. Diese Gattung scheint eine Erweiterung der
Spiralklassen zu sein, über Sc hinaus, zu den Galaxien, die keine wahrnehmbare spiralförmige
Struktur haben. Irr I Galaxien sind blau, extrem zerstreut und haben kleine oder gar
keine Kerne. Irr II Galaxien sind selten. Diese Sorte beinhaltet unterschiedliche Arten von
chaotischen Galaxien, die auf viele verschiedene Weisen entstanden sein müssen.
Quasare
Quasare wurden als erstes in den frühen 60er Jahren entdeckt, als Radioastronomen
einen kleinen Stern bestimmten, den sogenannten 3C 48, der gewaltige Radiowellen
ausstrahlte. Als sie das Spektrum des Sterns maßen, fanden sie etwas völlig
unerwartetes: das Spektrum war flach mit einer Vielzahl von unerwarteten und total
unerklärlichen Emissionslinien. Das Objekt blieb ein Mysterium, bis 1963 ein gleichartiges,
aber helleres Objekt, 3C 273, entdeckt wurde. Die Astronomen stellten fest, dass
3C 273 ein normales Spektrum besitzt, mit denselben Emissionslinien, die man in Radiogalaxien
beobachtet hat, wobei das Spektrum aber stark rotverschoben war (d.h., dass Spektrallinien mit
einer größeren Wellenlänge als erwartet gefunden wurden). Diese Beobachtung erklärte
das Mysterium des 3C 48 Spektrums: es war ein gewöhnliches Spektrum einer Radiogalaxie,
das aber so stark rotverschoben war, dass bekannte Spektrallinien so weit von dort, wo
sie hätten sein sollen entfernt waren, dass sie niemand erkannte. Wenn sich ein Objekt
von uns entfernt, sind seine Spektrallinien rotverschoben; um so schneller es sich
bewegt, desto größer die Rotverschiebung. Würde man die Rotverschiebung des 3C 273
aufgrund seiner Geschwindigkeit erklären, müsste seine Geschwindigkeit jedoch schneller
als die Lichtgeschwindigkeit sein - was unmöglich ist. Es wurden viele weitere solche Objekte
gefunden, die bekannt wurden als quasi-stellare Radioquellen, abgekürzt als Quasare.
Heutzutage wissen wir, dass Quasare Galaxien sind mit extrem energiegeladenen Kernen.
Die Menge der Strahlung, die von solch einem Kern emittiert wird überwältigt das Licht
der restlichen Galaxie, so dass nur spezielle Observationstechniken die restliche
Existenz der Galaxie offenbaren können. Die Kerne erklären, warum Quasare wie
Sterne wahrgenommen werden - denn alles was wir sehen können ist der helle zentrale
Kern.
Obwohl der Kern eines Quasars extrem klein ist - nur die Größe des Solarsystems -
emittiert er bis zu 100 mal soviel radioaktive Strahlung, wie eine gesamte Galaxie.
Die Galaxie, die dem blendenden Bild eines Quasars zugrunde liegt, ist wahrscheinlich
völlig normal, bis auf die oberflächlichen großangelegten Effekte des Quasars in ihrer
Mitte. Man denkt, dass Quasare von supermassiven schwarzen Löchern in den
Mittelpunkten von Galaxien angetrieben werden. Die energiereiche Strahlung, die wir
sehen kommt von Materie, die herumwirbelt und in das schwarze Loch fällt.
Die SDSS (und Himmelsdurchmusterungen, die sichtbares Licht verwenden) können entfernte
Quasare mit einer Rotverschiebung von 4-6 finden, oder 90% so alt wie das Universum selbst,
weil Quasare wie Sterne aussehen, aber eigenartige Farben haben. Auf der Suche nach schwachen
sternähnlichen Objekte und bei der Abnahme ihrer Spektren, erwartet die SDSS Tausende von
Quasaren zu finden, mit einer größeren Rotverschiebung als 4. Der am weitesten entfernte
Quasar, der bisher entdeckt wurde, hatte eine Rotverschiebung von 6,4, und wurde
im Januar 2003 von der SDSS gesehen.
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Elliptische Galaxien wurden so genannt, da sie eine elliptische Gestalt haben: sie
schauen wie fette, verschwommene Eier oder Footballs aus. Die Sterne in einer
elliptischen Galaxie verteilen sich nicht auf einer dünnen Scheibe, so wie
sie es in spiralförmigen Galaxien tun; stattdessen umschlingen sie gleichmäßig
den Mittelpunkt der Galaxie in alle Richtungen. Elliptische Galaxien haben sanft variierende
Helligkeiten, wobei der Grad der Helligkeit, mit zunehmendem Abstand
vom Zentrum, stetig abnimmt. Schaut man sich die ellipsenförmige Oberfläche an, die
den Mittelpunkt einer elliptischen Galaxie umhüllt, werden alle Sterne auf der Oberfläche ähnliche
Helligkeiten haben. Elliptische Galaxien haben zudem alle fast dieselbe Farbe: etwas
rötlicher als die Sonne. In der Hubblesequenz sind sie als E eingestuft,
gefolgt von einer Ziffer, die angibt, wie elliptisch
eine gegebene Galaxie ist. Umso höher die Zahl, desto elliptischer die Galaxie; das ist
die Länge der Galaxie in Beziehung zu ihrer Breite.
Spiralgalaxien, wie auf der linken Seite, haben eine flache Scheibe von Sternen
mit hellen Ausbuchtungen im Zentrum, die man Kern nennt.
Spiralförmige Abzweigungen wickeln sich um diese Ausbuchtungen. Ein ausgeweiteter sphärischer Halo
aus Sternen, umhüllt den Kern und die Abzweigungen.
Die spiralförmigen Arme sind wahrscheinlich das Ergebnis von Wellen, die durch die
galaktische Scheibe fegen. Wie die Meereswellen, tragen diese sogenannten "Dichtewellen" kein
Material mit sich - sie bewegen sich indem sie die Materie sprengen, durch die sie sich bewegen.
Im Fall der Galaxien verengen Dichtewellen die Wolken aus interstellarem Gas, worauf sich
neue Sterne in der Wolke bilden. Einige der neugeborenen Sterne sind massiv, heiß und hell,
weswegen die Spiralarme leuchtend wirken. Diese gewaltigen Sterne sind blau oder weiß,
was die Spiralarme ebenfalls blau-weiß aussehen lässt. Sieht man sich die Spiralarme von der Seite
an, wirken sie oft wie dunkle Gassen, weil sie eine Menge von interstellarem Staub enthalten,
das das Licht von der Ausbuchtung blockiert. Der Spalt zwischen den Abzweigungen beinhaltet
ältere Sterne, die nicht so hell sind. Jedoch sind die Ausbuchtungen der spiralförmigen Galaxien
oft rot, die wie bei den elliptischen Galaxien darauf hindeuten, dass sie sich aus älteren
Sternen zusammen setzen.
Die letzte Galaxiegattung, die "irregulären" Galaxien, enthält einen Mischmasch von
Formen - alles was weder spiralförmig, noch elliptisch aussieht. Jede Galaxie ohne
erkennbare Form - deren Sterne, Gase und Staub willkürlich verstreut sind - wird als
irregulär eingestuft. Irreguläre Galaxien sind die kleinsten Galaxien, und sie können
weniger als eine Million Sterne enthalten. Sie könnten die "Bausteine" sein, die entstanden sind,
um die ersten großen Galaxien zu bilden. Viele kleine irreguläre Galaxien umkreisen die
Milchstraße, eingenommen der großen und kleinen magellanschen Wolken.
