Überblick über Galaxien: Elliptische, Spiral- und Irreguläre Galaxien

Wissenschaftliche Zusammenfassung

Die Seite bietet einen Überblick über Galaxien: ihre Natur (Sterne, Gas, Staub und dominierende Dunkle Materie, die durch Rotationskurven offenbart wird), ihre Klassifizierung nach der Hubble-Sequenz in vier Familien — elliptisch, spiralförmig, linsisförmig, irregulär — und die Prozesse der Verschmelzung und Wechselwirkung, die ihre Entwicklung prägen, illustriert durch konkrete Fälle (Zigarrettengalaxie, Antennen-Galaxien, Wagenrad-Galaxie). Ein Abschnitt ist den Quasaren gewidmet, einer Phase intensiver Aktivität des galaktischen Kerns, die mit der Akkretion von Materie durch ein supermassereiches Schwarzes Loch verbunden ist, ein privilegierter Zeuge des jungen Universums. Der Artikel verortet diese Strukturen schließlich im großen Maßstab (Haufen, Superhaufen, kosmisches Netz) und bietet eine Tabelle mit zwanzig repräsentativen Galaxien sowie Referenzen und Bildern von Hubble und JWST.

Eine Galaxie ist ein durch Gravitation gebundenes System, das aus Sternen, interstellarer Materie (Gas und Staub) und Dunkler Materie besteht, wobei letztere in der Regel den Großteil der Gesamtmasse des Systems ausmacht, obwohl sie kein Licht emittiert oder absorbiert und nur durch ihre gravitativen Auswirkungen nachweisbar ist.

Eine Klassifizierung in vier große Familien

Seit der von Edwin Hubble 1926 vorgeschlagenen Klassifizierung unterscheidet man im Allgemeinen vier große morphologische Typen von Galaxien, die manchmal als „Hubble-Sequenz“ bezeichnet werden:

Strukturen in ständiger Wechselwirkung

Galaxien sind keine isolierten Objekte: Unter dem Einfluss der Gravitation interagieren sie miteinander, verformen sich gegenseitig und können schließlich verschmelzen, ein Prozess, der eine wichtige Rolle bei der Entwicklung ihrer Morphologie im Laufe der Zeit spielt. Unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, befindet sich so auf einem Kollisionskurs mit der Andromeda-Galaxie, eine Verschmelzung, die in mehreren Milliarden Jahren erwartet wird.

Eine Organisation im großen Maßstab

In einem größeren Maßstab sind Galaxien nicht gleichmäßig im Universum verteilt: Sie gruppieren sich in Haufen, die von einigen Dutzend bis zu mehreren Tausend gravitativ gebundene Galaxien umfassen, die ihrerseits in Superhaufen organisiert sind. Diese Superhaufen sind schließlich Teil eines gigantischen kosmischen Netzes aus Materiefilamenten, die durch riesige Leerräume getrennt sind, der größten bekannten Struktur im beobachtbaren Universum.

Tabelle charakteristischer Galaxien

Spiralgalaxien

Elliptische Galaxien

Linsisförmige Galaxien

Irreguläre Galaxien

Der besondere Fall von Quasaren: Eine Galaxie mit einem ausbrechenden Kern

20 repräsentative Galaxien
Gängiger Name	Bezeichnung	Typ	Sternbild	Entfernung (Lichtjahre)	Ungefährer Durchmesser
Milchstraße	—	Balkenspirale	(unsere Galaxie)	—	≈ 100.000 Lj
Andromeda-Galaxie	M31 / NGC 224	Spiralgalaxie	Andromeda	≈ 2,5 Millionen	≈ 220.000 Lj
Dreiecksgalaxie	M33 / NGC 598	Spiralgalaxie	Dreieck	≈ 2,7 Millionen	≈ 60.000 Lj
Große Magellansche Wolke	LMC	Irregulär (Zwerggalaxie)	Schwertfisch / Tafelberg	≈ 160.000	≈ 14.000 Lj
Kleine Magellansche Wolke	SMC / NGC 292	Irregulär (Zwerggalaxie)	Tukan	≈ 200.000	≈ 7.000 Lj
Strudelgalaxie	M51 / NGC 5194	Spiralgalaxie	Jagdhunde	≈ 23 Millionen	≈ 60.000 Lj
Sombrerogalaxie	M104 / NGC 4594	Spiralgalaxie (linsisförmig von der Kante gesehen)	Jungfrau	≈ 29 Millionen	≈ 50.000 Lj
Zigarrettengalaxie	M82 / NGC 3034	Irregulär mit Starburst	Großer Bär	≈ 12 Millionen	≈ 37.000 Lj
Bode-Galaxie	M81 / NGC 3031	Spiralgalaxie	Großer Bär	≈ 12 Millionen	≈ 90.000 Lj
Feuerradgalaxie	M101 / NGC 5457	Spiralgalaxie	Großer Bär	≈ 21 Millionen	≈ 170.000 Lj
Schwarzes-Auge-Galaxie	M64 / NGC 4826	Spiralgalaxie	Haar der Berenike	≈ 17 Millionen	≈ 54.000 Lj
Centaurus A	NGC 5128	Besondere elliptische Galaxie (Radiogalaxie)	Zentaur	≈ 12 Millionen	≈ 60.000 Lj
Wagenradgalaxie	Cartwheel Galaxy / ESO 350-40	Ring (Ergebnis einer Kollision)	Bildhauer	≈ 500 Millionen	≈ 150.000 Lj
Antennen-Galaxien	NGC 4038 / NGC 4039	Verschmelzende Spiralgalaxien	Rabe	≈ 45 Millionen	≈ 100.000 Lj (Paar)
Messier 87	M87 / NGC 4486	Riesige elliptische Galaxie	Jungfrau	≈ 53 Millionen	≈ 240.000 Lj
IC 1101	IC 1101	Riesige elliptische Galaxie (cD-Galaxie)	Schlange	≈ 1,04 Milliarden	≈ 4 Millionen Lj (eine der größten bekannten)
Kleine Geistergalaxie	NGC 6822	Irregulär (Zwerggalaxie, Lokale Gruppe)	Schütze	≈ 1,6 Millionen	≈ 7.000 Lj
Spindelgalaxie	NGC 891	Spiralgalaxie von der Kante gesehen	Andromeda	≈ 30 Millionen	≈ 100.000 Lj
Mexikanische Hut-Galaxie (Balkenspirale)	NGC 1300	Balkenspiralgalaxie	Eridanus	≈ 61 Millionen	≈ 110.000 Lj
Kaulquappen-Galaxie	Tadpole Galaxy / UGC 10214	Gestörte Spiralgalaxie (mit Gezeitenarm)	Drache	≈ 420 Millionen	≈ 280.000 Lj (mit Gezeitenarm)

Ein Quasar (Kurzform für quasi-stellare Radioquelle) ist kein von den bisher untersuchten Galaxien getrenntes Objekt, sondern eine besonders leuchtstarke Phase ihres Kerns: wenn ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch aktiv Materie akkretiert, bis der Kern der Galaxie heller strahlt als alle ihre Hundert Milliarden Sterne zusammen.

Ein zentraler Motor, angetrieben durch ein supermassereiches Schwarzes Loch

Materie (Gas, Staub, manchmal Sterntrümmer), die in das zentrale Schwarze Loch spiralt, bildet eine Akkretionsscheibe, die durch Reibung auf extreme Temperaturen erhitzt wird und intensiv sichtbares, ultraviolettes und Röntgenlicht emittiert. Ein Teil dieser Energie kann auch in relativistische Jets senkrecht zur Scheibe geleitet werden, die Quelle der Radiostrahlung, die den ersten in den 1960er Jahren entdeckten Quasaren wie 3C 273 ihren Namen gab.

Eine Wirtsgalaxie, die im Glanz ihres Kerns untergeht

Ein Quasar gehört zur weiteren Familie der aktiven galaktischen Kerne (AGN), von denen er die leuchtstärkste Form darstellt. Seine Leuchtkraft, die die der gesamten Milchstraße um das Tausendfache übertreffen kann, überstrahlt fast vollständig die Wirtsgalaxie, die lange Zeit nur schwer direkt zu beobachten war; erst mit adaptiver Optik und Teleskopen wie Hubble oder JWST gelingt es Astronomen heute, die Spiral- oder elliptische Struktur dieser Wirtsgalaxien zu erkennen, die oft Anzeichen kürzlicher Verschmelzungen aufweisen.

Bevorzugte Zeugen des jungen Universums

Die entferntesten Quasare, die so beobachtet werden, wie sie weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall waren, deuten darauf hin, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher mit mehreren Milliarden Sonnenmassen bereits sehr früh in der kosmischen Geschichte gebildet hatten, eine starke Einschränkung für Modelle der Entstehung primitiver Galaxien.

Die Quasar-Aktivität ist nur eine vorübergehende Episode, die oft durch die Verschmelzung zweier Galaxien ausgelöst wird, die plötzlich Gas in Richtung Zentrum lenkt: Unsere eigene Milchstraße beherbergt in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch (Sagittarius A*), das derzeit inaktiv ist, aber in der Vergangenheit möglicherweise eine vergleichbare Aktivitätsphase durchlaufen hat.

Referenzen

FAQ: Alles, was Sie über Galaxien wissen müssen

Was ist der Unterschied zwischen einer Spiral-, elliptischen, linsisförmigen und irregulären Galaxie?

Spiralgalaxien (wie die Milchstraße) besitzen eine Scheibenstruktur mit Spiralarmen, in denen Sterne entstehen, eine zentrale Ausbeulung und einen Halo. Sie enthalten Gas und Staub, was eine kontinuierliche Sternentstehung ermöglicht. Elliptische Galaxien haben eine kugelförmige oder ovale Form ohne Arme oder Scheibe und sehr wenig Gas oder Staub; sie beherbergen hauptsächlich alte Sterne und sind oft das Ergebnis von Galaxienverschmelzungen. Linsisförmige Galaxien sind eine Zwischenform: Sie besitzen eine Scheibe wie Spiralgalaxien, aber keine sichtbaren Spiralarme, mit einer älteren Sternpopulation. Irreguläre Galaxien, wie die Magellanschen Wolken, haben keine symmetrische Struktur und weisen oft Regionen mit aktiver Sternentstehung auf, die auf gravitative Wechselwirkungen zurückzuführen sind.

Was sind die Magellanschen Wolken und warum sind sie wichtig?

Die Große und Kleine Magellansche Wolke sind zwei irreguläre Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen. Sie befinden sich etwa 160.000 bzw. 200.000 Lichtjahre entfernt und sind durch eine Brücke aus Gas und Sternen verbunden. Ihre Bedeutung liegt in ihrer Nähe: Sie ermöglichen die detaillierte Untersuchung der Sternentstehung in einer metallarmen Umgebung, die der des frühen Universums ähnelt. Sie sind auch Labore, um die Wechselwirkung zwischen Galaxien und ihrem intergalaktischen Medium zu verstehen, insbesondere durch den Magellanschen Strom, einen Gasstrom, der sich über Hunderttausende von Lichtjahren erstreckt.

Was passiert, wenn zwei Galaxien kollidieren?

Galaxienkollisionen sind große Ereignisse, die sich über Hundert Millionen Jahre erstrecken. Obwohl Sterne normalerweise nicht kollidieren (der interstellare Raum ist riesig), verformen Gezeitenkräfte die Galaxien, erzeugen Brücken und Gezeitenschweife (wie bei den Antennen-Galaxien, NGC 4038/4039). Gaswolken kollidieren, was zu intensiven Starburst-Phasen führt. Langfristig kann die Verschmelzung zwei Spiralgalaxien in eine elliptische Galaxie verwandeln, und wenn jede Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch besaß, werden die beiden Schwarzen Löcher zu einem noch massereicheren verschmelzen, wie bei NGC 6240.

Was ist die der Milchstraße nächstgelegene Galaxie und warum ist sie wichtig?

Die der Milchstraße nächstgelegene Galaxie ist die Zwerggalaxie Großer Hund, die 2003 entdeckt wurde und etwa 25.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt liegt (sie wird derzeit von der Milchstraße „kanibalisiert“). Allerdings ist die Andromeda-Galaxie (M31) die nächste große Galaxie in etwa 2,5 Millionen Lichtjahren Entfernung. Andromeda ist eine Spiralgalaxie, die unserer ähnelt, aber massereicher ist. Sie ist wichtig, weil sie als Labor dient, um die Struktur und Entwicklung von Spiralgalaxien zu verstehen, und sie befindet sich auf einem zukünftigen Kollisionskurs mit der Milchstraße: Es wird erwartet, dass die beiden Galaxien in etwa 4,5 Milliarden Jahren verschmelzen werden.

Was ist die Zigarrengalaxie (M82) und warum ist sie so besonders?

Die Zigarrettengalaxie (M82) ist eine irreguläre Galaxie, die etwa 12 Millionen Lichtjahre entfernt ist und für ihre außergewöhnlich hohe Sternentstehungsrate (Starburst) bekannt ist. Sie interagiert gravitativ mit der benachbarten Galaxie M81, und diese Wechselwirkung komprimiert ihre Gaswolken und löst die Geburt Tausender massereicher Sterne aus. Diese Sterne, die sehr heiß sind, senden einen intensiven Sternenwind aus und erzeugen Supernovae mit hoher Rate. M82 ist auch eine wichtige Quelle für Infrarotstrahlung und Röntgenstrahlen, was sie zu einem bevorzugten Ziel für die Erforschung der extremen Sternentstehung und der damit verbundenen Prozesse macht (wie die als Superwinde bezeichneten Gasströme).

Was ist Dunkle Materie und welche Rolle spielt sie in Galaxien?

Dunkle Materie ist eine Materieform, die kein Licht emittiert, absorbiert oder reflektiert, was sie unsichtbar macht. Sie wird nur durch ihre gravitativen Auswirkungen auf sichtbare Materie (Sterne, Gas) und auf Licht (durch Gravitationslinsen) nachgewiesen. In Galaxien macht die Dunkle Materie in der Regel den Großteil der Gesamtmasse aus (etwa 85%). Sie bildet einen sphärischen Halo, der sich weit über die sichtbare Scheibe hinaus erstreckt, und trägt zur Kohäsion der Galaxie bei, indem sie ihre gravitative Masse erhöht. Das Vorhandensein von Dunkler Materie wurde unter anderem durch die Untersuchung der Rotationskurven von Galaxien abgeleitet: Die Rotationsgeschwindigkeiten der Sterne am Rand sind zu hoch, um allein durch die sichtbare Masse erklärt zu werden, was darauf hinweist, dass zusätzliche Masse (Dunkle Materie) vorhanden ist.