Wie bilden sich Galaxien?

Die größten Strukturen im Universum binden Milliarden oder sogar Billionen von Sternen in ihrem massiven Gravitationsjoch. Auch kosmischer Staub und riesige Gaswolken füllen Galaxien, ebenso wie Planeten und andere Materie, die Sterne umkreisen können.

Galaxien haben ihren Anfang vor fast 14 Milliarden Jahren genommen, mit einem unvorstellbar heißen, dichten und winzigen Punkt. Nach der Urknalltheorie war diese Singularität das Universum in seiner Gesamtheit. Dann explodierte sie, kühlte ab und dehnte sich dabei aus. Stellen Sie sich ein zusammengeknülltes Stück Papier vor, das sich zu einer riesigen Landkarte entfaltet, und Sie haben ein sehr grobes Modell von dem, was passiert ist.

Nach dem Urknall bestand das ursprüngliche Universum nur aus Strahlung und subatomaren Teilchen. Wie konnte es sich zu mehr als 100 Milliarden Galaxien entwickeln? Die Wissenschaftler haben zwei Theorien, die beide von den Gravitationswirkungen des kollabierenden Gases in der frühen Galaxie ausgehen.

Zunächst gibt es die Bottom-up-Theorien, nach denen das Gas kollabierte und sich zu Klumpen von der Größe einer Million Sonnen verdichtete (das ist ein kleiner Anfang für etwas von der Größe des Universums). Diese Klumpen verschmolzen dann und bildeten Galaxien. Die Top-Down-Theorien hingegen beginnen ganz groß. Nach diesen Theorien waren die entstandenen Klumpen jeweils so groß wie mehrere Galaxien, die wiederum in einzelne Galaxien zerfielen. Die letztgenannten Theorien würden erklären, warum Galaxien in Haufen auftreten.

So oder so – von unten nach oben oder von oben nach unten – kollabierten die entstandenen Klumpen dann zu Protogalaxien, die aus dunkler Materie und Wasserstoffgas bestanden. Der Wasserstoff fiel dann in Richtung des Zentrums der Protogalaxie, während die dunkle Materie als äußerer Halo zurückblieb.

Astronomen kennen zwei Haupttypen von Galaxien: elliptische und spiralförmige. Eine Theorie besagt, dass diese Unterschiede in der Form auf die Sternbildung zurückzuführen sind. Sterne entstehen in einer Protogalaxie, wenn sich Gaswolken vermischen und zusammenstoßen. Wenn die Sterne in einer Protogalaxie alle auf einmal entstehen, behält die reife Galaxie im Wesentlichen die kugelförmige Form der Protogalaxie und wird zu einer elliptischen Galaxie.

Spiralgalaxien entstehen, wenn die Sterne in der Protogalaxie in unterschiedlichen Abständen entstehen. Das Gas zwischen den entstehenden Sternen kollabiert weiter und die daraus resultierenden Gravitationsunterschiede bewegen die Sterne, den Staub und das Gas der Protogalaxie. Diese Bewegung zwingt alles in eine rotierende Scheibe, und zusätzliche Unterschiede in der Schwerkraft führen zu den Spiralarmen.

Zusätzliche Veränderungen können auftreten, wenn Galaxien zu nahe zueinander driften oder kollidieren. Astronomen gehen davon aus, dass bei der Verschmelzung zweier Galaxien immer eine elliptische Galaxie entsteht. So ist die Milchstraße wahrscheinlich nie mit einer anderen Galaxie verschmolzen, während die massiven elliptischen Galaxien, die man im Zentrum von Galaxienhaufen findet, wahrscheinlich das Ergebnis mehrerer kosmischer Verschmelzungen sind.

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