SPIRALGALAXIEN: EIGENSCHAFTEN UND TYPEN - ARTE - 2024

Eine Spiralgalaxie ist eine monumentale Ansammlung scheibenförmiger Sterne mit Spiralarmen, die der Form eines Windrads ähneln. Die Form der Arme ist sehr unterschiedlich, aber im Allgemeinen unterscheidet sich ein kondensiertes Zentrum deutlich von einer Scheibe, aus der die Spiralen sprießen.

Fast 60% der derzeit bekannten Galaxien sind Spiralen mit folgenden charakteristischen Strukturen: zentrale Ausbuchtung oder galaktische Ausbuchtung, Scheibe, Spiralarme und Lichthof.

Abbildung 1. Windradgalaxie im Sternbild Ursa Major, 21 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Quelle: Wikimedia Commons. ESA / Hubble.

Es sind Galaxien von außergewöhnlicher Schönheit, die sich in Sternbildern wie Eridano befinden können. Alle von ihnen dank der Arbeit des Astronomen Edwin Hubble (1889-1953) codiert.

Eigenschaften

Zwei Drittel der Spiralgalaxien haben einen zentralen Balken, der einen Subtyp darstellt, der als Barred-Spiral-Galaxien bezeichnet wird, um sie von einfachen Spiralgalaxien zu unterscheiden. Sie haben nur zwei Spiralen, die aus der Stange kommen und sich in die gleiche Richtung wickeln. Unsere Milchstraße ist ein Beispiel für eine Barred-Spiral-Galaxie, obwohl wir sie von unserer Position aus nicht beobachten können.

Die zentrale Ausbuchtung ist aufgrund älterer Sterne rötlich gefärbt. Im Kern selbst befindet sich wenig Gas, und in der Mitte befindet sich normalerweise ein Schwarzes Loch.

Die Scheibe ist bläulich und reich an Gas und Staub, mit jungen und heißeren Sternen, die sich auf fast kreisförmigen Wegen um den galaktischen Kern drehen, aber langsamer als die des Kerns.

Die Spiralen sind in einer großen Vielfalt erhältlich, angefangen von solchen, die sich eng um die zentrale Ausbuchtung wickeln, bis hin zu offeneren Armen. Sie zeichnen sich durch eine große Anzahl heißer, blauer, junger Sterne aus.

Es gibt verschiedene Theorien darüber, warum sie gebildet werden, über die wir später sprechen werden.

Schließlich gibt es einen kugelförmigen Lichthof, der die gesamte Scheibe umgibt, arm an Gas und Staub, in dem die ältesten Sterne in Kugelsternhaufen gruppiert sind, riesige Haufen mit Tausenden und sogar Millionen von Sternen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen.

Arten von Spiralgalaxien

Um Galaxien nach ihrer Morphologie zu klassifizieren (Aussehen von der Erde aus gesehen), wird die 1936 von Edwin Hubble erstellte Stimmgabel verwendet. Diese Klassifizierung wurde später von anderen Astronomen geändert, indem der ursprünglichen Notation Subtypen und Zahlen hinzugefügt wurden.

Hubble hat die Galaxien folgendermaßen buchstabiert: E für elliptische Galaxien, SO für linsenförmig geformte Galaxien und S für Spiralen.

Zwei weitere Kategorien wurden später hinzugefügt, um SB-Barred-Spiralgalaxien und Galaxien einzuschließen, deren Form keinem Muster folgt und unregelmäßig ist: Irr. Etwa 90% aller beobachteten Galaxien sind elliptisch oder spiralförmig. Nur 10% sind in der Kategorie Irr.

Abbildung 2. Stimmgabeldiagramm von Galaxien. Quelle: Wikimedia Commons. Der ursprüngliche Uploader war Cosmo0 in der englischen Wikipedia (Originaltext: Keine angegeben).

Hubble glaubte, dass Galaxien ihr Leben als sphärische Strukturen vom Typ E0 begannen und dann Arme entwickelten und zu Spiralgalaxien wurden, die unregelmäßig werden würden.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass dies nicht der Fall ist. Elliptische Galaxien haben eine viel langsamere Rotationsbewegung, die nicht dazu führt, dass sie sich abflachen und Spiralen erzeugen.

Auf den Armen der Hubble-Stimmgabel befinden sich die Spiralgalaxien: S für normale Spiralen und SB für Barred-Spiralen. Kleinbuchstaben geben Subtypen an: "a" zeigt an, dass die Spulen um den Kern herum fest geschlossen sind, während "c" verwendet wird, wenn sie lockerer sind. Auch der Gasanteil steigt entsprechend an.

Die Milchstraße ist vom Typ SBb, mit der Sonne in einem der Spiralarme: dem Arm des Orion, der so genannt wird, weil sich auch die Sterne dieser Konstellation darin befinden, einer der auffälligsten von der Erde aus gesehen.

Theorien über den Ursprung von Spiralen

Der Ursprung der Spiralarme ist noch nicht mit Sicherheit bekannt, es gibt jedoch mehrere Theorien, die versuchen, sie zu erklären. Zunächst beobachteten Astronomen bald, dass sich verschiedene Strukturen in einer Spiralgalaxie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen. Dies ist als Differenzialrotation bekannt und ein Merkmal dieser Galaxientypen.

Das Innere der Scheibe der Spiralgalaxien dreht sich viel schneller als das Äußere, während sich der Lichthof nicht dreht. Aus diesem Grund wurde zunächst angenommen, dass dies die Ursache für das Auftreten der Spiralen war und nicht nur dies, sondern auch der Beweis für die Existenz dunkler Materie.

In diesem Fall wären die Spiralen jedoch nur von kurzer Dauer (natürlich astronomisch gesehen), da sie sich um sich selbst wickeln und verschwinden würden.

Dichtewellen und Sternselbstausbreitung

Eine akzeptiertere Theorie zur Erklärung der Existenz von Spiralen ist die von Dichtewellen. Diese vom schwedischen Astronomen Bertil Lindblad (1895-1965) entwickelte Theorie postuliert, dass Materie Schwankungen in ihrer Konzentration erfährt, die sich wie Schall in der galaktischen Umgebung ausbreiten können.

Auf diese Weise werden Bereiche mit mehr Konzentration wie Spiralen und andere mit weniger Konzentration geschaffen, die die Zwischenräume zwischen ihnen darstellen würden. Diese Bereiche haben jedoch eine begrenzte Dauer, sodass sich die Arme bewegen können, obwohl ihre Form im Laufe der Zeit erhalten bleibt.

Dies erklärt, warum Spiralen in Bezug auf die Sternproduktion sehr aktive Regionen sind. Dort sind Gas und Staub stärker konzentriert, sodass die Schwerkraft eingreift und die Materie zu Protosternen zusammenklumpt, aus denen junge und massive Sterne entstehen.

Die andere Theorie, die Spiralen erklären will, ist die der Selbstausbreitung. Es ist bekannt, dass die massiven blauen Sterne in den Spiralarmen im Vergleich zu kühleren, rötlicheren Sternen im Kern nur von kurzer Dauer sind.

Die ersteren beenden normalerweise ihr Leben in gigantischen Supernova-Explosionen, aber das Material kann an derselben Stelle wie die vorherigen zu neuen Sternen recycelt werden: den Spiralarmen.

Dies würde die Beständigkeit der Waffen erklären, aber nicht deren Herkunft. Aus diesem Grund glauben Astronomen eher, dass sie auf einer Kombination von Faktoren beruhen: der gleichen Differenzialrotation, der Existenz von Dichtewellen, der Selbstausbreitung von Sternen und den Wechselwirkungen mit anderen Galaxien.

Alle diese Umstände zusammen führen zu verschiedenen Arten von Spiralarmen: dünn und klar abgegrenzt oder dick und schlecht definiert.

Unterschiede zu elliptischen Galaxien

Der offensichtlichste Unterschied besteht darin, dass die Sterne in elliptischen Galaxien gleichmäßiger verteilt sind als in Spiralen. In diesen erscheinen sie konzentriert in der rötlichen Scheibe und verstreut in den bläulich gefärbten Spiralarmen, während die Verteilung in elliptischen Galaxien oval ist.

Ein weiteres charakteristisches Merkmal ist das Vorhandensein oder Fehlen von interstellarem Gas und Staub. In elliptischen Galaxien hat sich der größte Teil der Materie vor langer Zeit in Sterne verwandelt, sodass sie wenig Gas und Staub haben.

Spiralgalaxien haben ihrerseits Gebiete, in denen Gas und Staub, aus denen neue Sterne entstehen, reichlich vorhanden sind.

Der nächste bemerkenswerte Unterschied ist die Art der Sterne. Astronomen unterscheiden zwei Sternpopulationen: Population I jung und Population II, ältere Sterne. Elliptische Galaxien enthalten Sterne der Population II und wenige Elemente, die schwerer als Helium sind.

Im Gegensatz dazu enthalten Spiralgalaxien die Populationen I und II. In der Scheibe und den Armen überwiegt die Population I, jünger und mit hoher Metallizität. Dies bedeutet, dass sie schwere Elemente enthalten, Überreste von Sternen, die bereits verschwunden sind, während im Heiligenschein die ältesten Sterne sind.

Aus diesem Grund bilden sich in Spiralgalaxien weiterhin Sterne, in elliptischen Galaxien jedoch nicht. Und es ist so, dass elliptische Galaxien wahrscheinlich das Ergebnis von Kollisionen zwischen spiralförmigen und unregelmäßigen Galaxien sind, bei denen der größte Teil des kosmischen Staubes verschwindet und damit die Möglichkeit besteht, neue Sterne zu erzeugen.

Diese Kollisionen zwischen Galaxien sind häufige Ereignisse. Tatsächlich wird angenommen, dass die Milchstraße mit kleinen Satellitengalaxien kollidiert: der elliptischen Zwerggalaxie SagDEG von Sagittarius und der Zwerggalaxie Canis Major.

Vergleichstabelle

Unterschiede zwischen elliptischen und spiralförmigen Galaxien. Quelle: Fanny Zapata.

Beispiele für Spiralgalaxien

Spiralgalaxien gibt es im Universum zuhauf. Von der Erde aus gesehen sind sie aufgrund ihrer verschiedenen Formen Objekte von außergewöhnlicher Schönheit. Zum Beispiel gibt es im Sternbild Eridano fünf Spiralgalaxien verschiedener Typen, darunter drei Barred. Eines davon ist NGC 1300 (siehe unten).

Abbildung 3. Barred Spiral Galaxy NGC 1300 in Erídano. Kevin Gill aus Los Angeles, Kalifornien, USA

Die Milchstraße

Es ist die Galaxie, die das Sonnensystem in einem ihrer Spiralarme beherbergt. Es enthält zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne mit einer geschätzten Größe zwischen 150 und 200.000 Lichtjahren. Es ist Teil der sogenannten lokalen Gruppe von Galaxien, zusammen mit Andromeda und etwa 50 anderen Galaxien, fast alle Zwerge.

Andromeda

Es ist auch als M31 bekannt und befindet sich im Sternbild Andromeda, nahe dem von Cassiopeia mit seiner erkennbaren W-Form. In klaren, mondlosen Nächten kann es mit bloßem Auge oder mit einem guten Fernglas gesehen werden.

Obwohl es bereits in den Aufzeichnungen der alten arabischen Astronomen auftauchte, war es dank der Beobachtungen von Edwin Hubble erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts bekannt, dass es sich um eine Galaxie handelte.

Abbildung 4. Die Andromeda-Galaxie. Quelle: Pixabay.

Es ist ungefähr 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt und ungefähr so ​​groß wie die Milchstraße, obwohl angenommen wird, dass sie etwas massiver ist. Jüngste Schätzungen zeigen jedoch, dass seine Masse mit der unserer eigenen Galaxie vergleichbar ist.

Andromeda nähert sich uns mit großer Geschwindigkeit, daher wird erwartet, dass es in etwa 4,5 Milliarden Jahren mit der Milchstraße kollidiert und eine gigantische elliptische Galaxie entstehen lässt.

Whirlpool-Galaxie

Es erscheint im Messier-Katalog als Objekt M51 und wurde 1773 von Charles Messier selbst entdeckt. Es befindet sich im Sternbild Canes Venatici am borealen Himmel in der Nähe von Bootes und Leo, von wo aus es mit einem Fernglas gesehen werden kann.

Dieses majestätische astronomische Objekt hat die typische Form einer Spiralgalaxie und befindet sich in einer geschätzten Entfernung zwischen 16 und 27 Millionen Lichtjahren. Es hat eine Begleitgalaxie, die in Teleskopbildern deutlich sichtbar ist: die Galaxie NGC 5195.

Abbildung 5. Whirlpool-Galaxie und ihre Satellitengalaxie. Quelle: Wikimedia Commons. NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) und das Hubble Heritage Team STScI / AURA)

Verweise

1. Carroll, B. Eine Einführung in die moderne Astrophysik. 2 .. Auflage. Pearson.
2. Heras, A. Einführung Astronomie und Astrophysik. Wiederhergestellt von: antonioheras.com.
3. Oster, L. 1984. Moderne Astronomie. Editorial Reverté.
4. Wikipedia. Entstehung und Entwicklung von Galaxien. Wiederhergestellt von: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Spiralgalaxien. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org.