Sterne, Staub und Schwarze Löcher – ein Steckbrief unserer Spiralgalaxie
Das Band der Milchstraße, das bei uns im Süden aus dem Sternbild Schütze mäandernd emporsteigt, durch Adler und Schwan zieht, das W der Cassiopeia umarmt und sich allmählich hinter Perseus und Orion verliert, um schließlich im Sternbild Schiffsheck unter dem Horizont zu verschwinden, ist unsere Innenansicht einer gewaltigen Sterneninsel. Sie enthält so viele Sonnen – über 100 Milliarden –, daß ein Menschenleben bei weitem nicht ausreichen würde, sie alle zu zählen. 100 Milliarden – das ist etwa die Zahl der Reiskörner, die in eine mittelgroße Kirche passen würden. Doch die Sterndichte in der Sonnenumgebung ist viel geringer – sie entspricht ungefähr einer Handvoll Reiskörner, verstreut über Mitteleuropa, wobei der Durchmesser der Milchstraße in diesem Modell dem Abstand Erde– Mond vergleichbar wäre. In Wirklichkeit beträgt er rund 100000 Lichtjahre. Die Masse der leuchtenden Materie ist das 100milliardenfache der Masse unserer Sonne. Die galaktische Gesamtmasse ist aufgrund der mysteriösen Dunklen Materie noch mindestens zehnmal höher. Die Gesamtleuchtkraft entspricht der von 20 Milliarden Sonnen. Galaktisches Zentrum Kernregion mit ihrem Mittelpunkt im Sternbild Schützen, Sagittarius A* – sprich: „A Stern”. Dort befindet sich ein Schwarzes Loch mit einer Masse von etwa 2,6 Millionen Sonnen. Es wird umkreist von einer turbulenten Gas- und Staubscheibe, von Sternhaufen, Gaswolken, Supernova-Überresten und einer ringförmigen Molekülwolke mit über 10000 Sonnenmassen.
Balken (Bulge) Ellipsoider „Bauch” um das Zentrum, an dem die Spiralarme ansetzen. Seine Gesamtmasse beträgt 20 Milliarden Sonnenmassen. Es überwiegen alte, metallarme Sterne, doch es entstehen auch heute noch neue Sterne.
Dünne Scheibe Sie ist knapp 100000 Lichtjahre groß und 300 bis 3000 Lichtjahre dick. Obwohl sie nur 5 Prozent der galaktischen Gesamtmasse besitzt, strahlt sie 90 Prozent des Lichts aus. Sie besteht überwiegend aus jüngeren, metallreichen Sternen sowie aus zahlreichen Gas- und Staubwolken, die noch viele Milliarden Jahre lang den Rohstoff für neue Sterne liefern. Rund 80 Prozent der sichtbaren Masse der Scheibe entfällt auf unscheinbare Zwergsterne, jeweils 10 Prozent auf größere und Riesensterne sowie auf Gaswolken, und 0,1 Prozent auf interstellaren Staub. Aus optischen, Radio- und Infrarot-Vermessungen wurde geschlossen, daß die Scheibe aus zwei großen und mehreren kleinen Spiralarmen besteht; vielleicht gibt es aber auch vier Hauptarme. Die Scheibe liegt nicht exakt in einer Ebene, sondern ist leicht gebogen wie eine Hutkrempe – und zwar am stärksten in der Richtung, wo die benachbarten Magellanschen Wolken auf ihrer Bahn um das Galaktische Zentrum durch die Äquatorebene stoßen. Die Wölbung der Scheibe verändert im Lauf der Zeit aus noch ungeklärten Gründen ihre Form. Vielleicht spielt dabei die Schwerkraft-Wechselwirkung mit der Sagittarius-Zwerggalaxie eine Rolle.
Dicke Scheibe Sie hüllt die dünne Scheibe ein, mißt rund 100000 Lichtjahre und ist 3000 bis 18000 Lichtjahre dick. Ihr Verhältnis Dicke zu Durchmesser beträgt ungefähr 1 zu 3 (dünne Scheibe: 1 zu 10). Die Vertikalbewegungen der Sterne schwanken um bis zu 3000 Lichtjahre beiderseits des galaktischen Äquators – in der dünnen Scheibe um bis zu 1000 Lichtjahre.
Kugelsternhaufen Sphärische Ansammlungen von 10000 bis 1 Million Sternen, die durch die eigene Gravitation zusammengehalten werden. Es gibt schätzungsweise 300, davon sind 170 katalogisiert. Sie umkreisen das Galaktische Zentrum auf weiten Bahnen, die in allen möglichen Winkeln zur Scheibe stehen, diese also häufig durchstoßen.
Halo Ellipsoider Bereich um die Scheibe, mit einem Durchmesser von mindestens 600000 Lichtjahren. Er rotiert kaum und hat eine Masse von circa 2 bis 6 Billionen Sonnenmassen. Er besteht aus Kugelsternhaufen und Halosternen mit einer Gesamtmasse von etwa einer Milliarde Sonnenmassen. Außerdem gibt es vereinzelte Hochgeschwindigkeitswolken aus Gas. Den überwiegenden Anteil des Halo macht jedoch die Dunkle Materie aus. Zudem gibt es heißes, dünnes Wasserstoff-Plasma im Halo und darüber hinaus, das von Supernovae aus der Scheibe durch Hunderte von Lichtjahre große „ Kamine” geblasen wird – die Korona.
Unsere Sonne ist rund 26000 Lichtjahre vom Galaktischen Zentrum entfernt, das sie mit etwa 220 Kilometer pro Sekunde einmal in 200 Millionen Jahren umkreist – schon mehr als zwei Dutzend Mal seit ihrer Entstehung vor knapp fünf Milliarden Jahren. Die Galaxis rotiert nicht starr wie ein Wagenrad, sondern differentiell: Sterne näher am Galaktischen Zentrum umkreisen es schneller als Sterne weiter außen. Die Sonne befindet sich gegenwärtig circa 50 Lichtjahre über dem galaktischen Äquator und bewegt sich mit sieben Kilometer pro Sekunde nach oben. Im Lauf der Zeit oszilliert sie bei ihrem Umlauf ums Galaktische Zentrum über und unter der Scheibe (alle 33 Millionen Jahre), denn sie wird immer wieder von deren Gravitationsanziehung „zurückgeholt”. Ihren nächsten „Höhepunkt”, 250 Lichtjahre über dem Äquator, wird sie in etwa 14 Millionen Jahren erreichen. Zur Zeit durchquert sie die lokale Gasblase, die vor einer Million Jahre durch eine Supernova-Explosion entstand und aufgeheizt wurde. Von 1000 Sternen in unserer Nachbarschaft gehören etwa 989 zur dünnen Scheibe, 10 zur dicken Scheibe und einer zum Halo.
Die Spiralstruktur der Galaxis ist keine statische, sondern eine dynamische Eigenschaft: Die Spiralarme können nicht immer aus derselben Materie bestehen, denn sonst hätten sie sich mittlerweile schon mehr als 100mal ums Zentrum gewickelt. Sie ähneln einer Kerzenflamme, wo ständig neues Gas zuströmt und altes austritt. Auch ein Spiralarm ist in einem solchen dynamischen Gleichgewicht – ein Ort, an dem das Gas vorübergehend dichter ist, so daß dort neue Sterne entstehen. Auslöser sind spiralförmige Dichtewellen unbekannter Ursache, die sich vom Bulge mit 10 bis 20 Kilometer pro Sekunde durch die Scheibe bewegen und sich dabei selbst erhalten. Sie bringen die einzelnen, in konzentrischen Ellipsen um den Bulge angeordneten Gaswolken dazu, sich geringfügig gegeneinander zu verdrehen, wodurch eine Spiralstruktur entsteht.
Rüdiger Vaas
