Spiralgalaxien

Wir wissen heute das alle Galaxien, so auch Spiralgalaxien, rotieren. In vielen Millionen Jahren drehen sie sich einmal um ihre eigene Achse. Die Spiralstrukturen scheinen irgendwie etwas natürliches zu sein, denn auch ein Kaffeegemisch zeigt z. B. beim Umrühren spiralige Strukturen.

Carl Friedrich von Weizsäcker sagte einmal, dass unser Milchstraßensystem heute auch Spiralarme zeigen würde, wenn es ganz am Anfang die Form einer Kuh hätte! So einfach ist das aber nicht. Wenn die Spiralarme die Überbleibsel einer anfänglichen Struktur wären, dann würden sie sich immer weiter aufwickeln, wie z. B. die Rillen einer LP. Viele Spiralgalaxien sind aber schon alt genug, um viele Rotationen hinter sich zu haben. Trotzdem haben wir ein solches Aufwickeln der Spiralarme nie beobachtet.

Heute gilt allgemein die sogenannte Dichtewellentheorie als Erklärung. Die Dichtewellen laufen als Wellen durch die Materie einer Spiralgalaxie. Die Spiralarme sind Gebiete, wo die Materiedichte am größten ist.

Die Spiralarme bestehen nicht immer aus der gleichen Materie, sondern werden gewissermaßen von den Sternen und dem interstellaren Gas durchströmt. Genauso wird z. B. eine Gasflamme von den Gasmolekülen durchströmt. Die Flamme selbst ist nur ein besonderer Zustand, wo die Gasmoleküle reagieren, also Licht aussenden.

Genauso sind die Spiralarme Orte, wo die Dichte des interstellaren Gases größer ist. Im Bereich der Spiralarme wird das Gas verdichtet, was die Sternentstehung stark anregt. Somit findet die Sternentstehung hauptsächlich im Bereich der Spiralarme einer Galaxie statt. Wenn die gerade entstehenden Sterne aus dem Spiralarm heraustreten, wird das Gas in der Dichte wieder etwas geringer, aber die Sternentstehung ist dann schon im vollen Gange. Dabei regen die entstandenen jungen und heißen Sterne das umgebene Gas zum Leuchten an.

Das meiste Licht was die Spiralarme aussenden stammt nicht nur von jungen Sternen, sondern vor allem von dem leuchtenden und komprimierten Gas zwischen den Sternen. Man könnte denken, dass sich in den leeren Bereichen zwischen den Spiralarmen weniger Sterne befinden. Dem ist aber nicht so, denn die Sterne sind im Bereich der Scheibe einer Spiralgalaxie eher recht gleichmäßig verteilt.

Eine Spiralgalaxie ist eine rotierende Scheibe aus hunderten von Millionen Sternen. Ist der Abstand der Sterne immer gleich, dann halten sich Flieh- und Schwerkraft im Gleichgewicht. Liegen die Sterne aber an einigen Stellen etwas dichter zusammen, dann funktioniert dieses Gleichgewicht nicht mehr und die Fliehkraft kommt ins Spiel und macht den Vorgang komplizierter. Mit langen Rechenprogrammen hat man herausgefunden, dass sich in jeder rotierende Scheibe aus Sternen ganz von selbst Spiralarme herausbilden - sie sind einfach da.