Galaxienentwicklung und Kosmologie

  Credit: Ville Koistinen

Galaxien sind die Bausteine des Universums. Sie bestehen aus Ansammlungen von Sternen und deren planetaren Begleiter, sowie aus Unmengen von Staub und Gas. Galaxien wie unsere Milchstraße bringen es dabei auf mehrere hundert Milliarden Sterne; es gibt sie aber auch in kleinerer Ausführung mit lediglich Millionen Sternen.

Wie bei anderen Phänomenen der Natur auch, beginnt man die Galaxienforschung am besten erstmal mit einer Klassifikation, also der Frage, wie sich die Vielfalt der Objekte beschreiben lässt. Die berühmteste Galaxienklassifikation stammt von dem amerikanischen Astronomen Edwin Hubble aus dem Jahre 1925. Sein Stimmgabel-Diagramm ist oben abgebildet. Das Diagramm unterscheidet drei Typen von Galaxien: Elliptische Galaxien (E0 bis E7), Spiralgalaxien (Sa bis Sc) und Balkenspiralgalaxien (SBa bis SBc). Unsere Milchstraße gehört wohl zu den Balkenspiralgalaxien. Bei dieser komplexen Galaxienform treten die Spiralarme von einem Zenralbereich (Bulge) aus, der zu einer Balkenstruktur verlängert ist.

Warum Galaxien in diesen verschiedenen Formen vorliegen ist nicht abschließend geklärt, doch schon Hubble vermutete, dass diese Klassifikation eine zeitliche Entwicklung widerspiegelt. Auch wenn seine Erklärung im Detail nicht mehr gültig ist, bleibt dieses Prinzip richtig.

Heute haben wir es einfacher, denn dank der Infrarotastronomie können wir tief in den Weltraum hinein und somit weit in die Zeit zurückschauen und so alte und junge Galaxien miteinander vergleichen. Die Astronomen Andrew Benson vom California Institute of Technology und Nicholas Devereux von der Embry-Riddle University, Arizona, nutzen dazu Daten aus einer Himmelsdurchmusterung im infraroten Spektralbereich namens Two Micron All Sky Survey (2MASS). Diese Daten verglichen sie mit ihrem Computermodell GALFORM. Sie konnten so zeigen, dass ihr Computermodell die Entwicklungsgeschichte des Universums der letzen dreizehn Milliarden Jahre korrekt wiedergibt, insofern ihre Berechnungen nicht nur die verschiedenen Galaxienklassen wiedergab, sondern auch deren Häufigkeit gemäß den 2MASS-Daten. Nicholas Devereux sagt dazu:

"We were completely astonished that our model predicted both the abundance and diversity of galaxy types so precisely."

Schön für die beiden, könnte man denken und es dabei bewenden lassen. Interessant ist aber, dass dem Computermodell das Lambda Cold Dark Matter - Modell *) der Kosmologie zugrunde liegt und somit ihre Simulation das Modell stützt. Nach diesem Modell besteht unser Universum im wesentlichen aus circa 72% Dunkler Energie und aus 23% Dunkler Materie. Die Materie, die wir aus unserer Anschauung kennen, macht in diesem Modell lediglich 4% des Universums aus. Diese sogenannte baryonische Materie bildet die Sterne, Planeten und ihre Bewohner und somit den sichtbaren Teil der Galaxien.

Die größte Masse der Galaxien steckt also nicht in der sichtbaren baryonischen Materie. Nach der heutigen Vorstellung besitzen Galaxien einen Halo aus Dunkler Materie, in dem sie eingebettet sind. In dem Modell von Benson und Devereux entwickeln sich die Galaxien, indem die Halos verschiedener Galaxien miteienander zu einem größeren Halo verschmelzen, der dann eine größere neue Galaxie umgiebt. Die Anzahl der Verschmelzungen bestimmt die Galaxienklasse. Die elliptischen Galaxien entstanden demnach aus vielfachen Verschmelzungen, wo hingegen Spiralgalaxien noch jungfräulich sind. In dem also das Computermodell die Beobachtungen aus den 2MASS-Daten unter Verwendung der im Lambda-CDM-Modell vorgegebenen Materieverhältnisse wiedergibt, stützt es dieses aktuelle Kosmologie.

*) Der Beitrag in der englischsprachigen Wikipedia ist lesenswerter: Lambda-CDM model
Quelle: Royal Astronomical Society

So viel dazu. Wer jetzt noch Lust auf die dunkle Seite der Kosmologie hat, möge sich diesen Vortrag aus Alpha Centauri über Dunkle Materie anschauen: