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Galaxien

Inhalt
1. Astronomische Grundlagen 5. Irregulaere Galaxien
2. Geeignete Geräte 6. Spiralgalaxien
3. Beobschtung 7. Galaxiengruppen und Galaxienhaufen
4. Elliptische Galaxien 8. Supernovae in entfernten Galaxien

Astronomische Grundlagen

Galaxien sind riesige Ansammlungen von Sternen, die aufgrund ihrer eigenen Gravitation zusammen gehalten werden. Das Spektrum reicht hierbei von kleinen Zwerggalaxien mit wenigen Millionen Sternen bis hin zu gigantischen Welteninseln mit hunderten Milliarden Sonnen. Unsere Milchstraße, die Galaxis, ist ebenfalls eine Galaxie und mit einem Durchmesser von ca. 100.000 Lichtjahren und ca. 100 Milliarden Sternen eine Galaxie von durchschnittlicher Größe.

Spiralgalaxie M51

Der Spiralnebel M51 ist eine typische Spiralgalaxie. Bild: ESA, NASA

Galaxien gibt es in zahlreichen Größen und Formen: Man unterscheidet zwischen unregelmäßig geformten („irregulären Galaxien“), Spiralgalaxien und elliptischen Galaxien. Spiralgalaxien haben im Zentrum oft einen Balken, von dem die Spiralarme ausgehen. In diesem Fall spricht man von Balkenspiralen. Alle Spiralgalaxien weisen eine zentrale Wölbung, den sog. Bulge, auf. In Kantenstellung ist er deutlich zu erkennen. Irreguläre Galaxien findet man eher im Bereich der Zwerggalaxien. Spiralgalaxien haben wie die Milchstraße in der Regel mittlere Dimensionen, und elliptische Galaxien haben mittlere bis große Ausmaße. Diese Einteilung der Formen nach Galaxiengröße ist jedoch nicht strikt auf alle Galaxien anwendbar, sondern als Tendenz anzusehen.

Alle Galaxien rotieren um ihre eigene Achse. Im Zentrum mittlerer und großer Galaxien befinden sich in den meisten Fällen gewaltige Schwarze Löcher mit bis zu über einer Million Sonnenmassen.

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Geeignete Geräte

Teleskope mit mittlerer und großer Öffnung und mittlerem bis schnellem Öffnungsverhältnis

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Beobachtung

Galaxien sind eigenständige Welteninseln, die am besten in Regionen des Himmels zu beobachten sind, die möglichst weit von der galaktischen Ebene entfernt sind. Dies sind die Bereiche des Himmels, die im Frühling in Zenitnähe stehen. Aus diesem Grund findet man die meisten Galaxien in den Sternbildern Großer Bär, Löwe, Coma Berenices und Jungfrau. Hier trübt kein interstellarer Staub der galaktischen Ebene den Blick in das tiefe Weltall.

Galaxien sind lichtschwache Objekte. Lediglich die hellsten Exemplare (Andromedanebel, große und kleine Magellansche Wolke und unter perfekt dunklem Himmel M33) sind noch mit dem bloßen Auge erkennbar. Zahlreiche Galaxien, insbesondere die des Messier-Kataloges, sind bereits mit einem Fernglas erkennbar, dann jedoch als kleine, strukturlose und diffuse Flecken oder fast sternförmige Objekte, vom Andromedanebel und den Magellanschen Wolken am Südhimmel abgesehen.

Mittlere Amateurteleskope bis etwa zehn bis 15 Zentimeter Öffnung zeigen bei den meisten Galaxien kaum Details, oft erkennt man jedoch bereits eine mehr oder weniger starke Aufhellung zum Zentrum der Galaxie, in wenigen Fällen auch Strukturen aus dunklen Bereichen oder helle Knoten. Galaxien erscheinen generell diffus auslaufend und sind nicht scharf begrenzt. Eine Konsequenz hieraus ist, dass visuell mit Amateurteleskopen die korrekte Klassifizierung einer Galaxie nicht immer möglich ist.

In einigen sehr nahen Galaxien kann man auch mit mittleren Amateurteleskopen Sternhaufen und Emissionsnebel ausmachen. Für letztere kann ein Nebelfilter zur Identifizierung sinnvoll sein. Diese Filter lassen jedoch nur den Nebel heller erscheinen, die restliche Galaxie wird wie weiter unten erläutert abgeschwächt.

Größere Teleskope zeigen bei Galaxien, die in gravitativer Wechselwirkung zueinander stehen, in einigen Fällen unregelmäßige Ausbuchtungen, die eine gravitative Beeinflussung erkennen lassen. Ein prominentes Beispiel ist die Spiralgalaxie M51 mit ihrer Begleitgalaxie (siehe Eingangsbild und das Beispielfoto für „Spiralgalaxien“). Bei einigen Galaxien erkennt man auch Satellitengalaxien, die ihre Muttergalaxie umkreisen, beispielsweise die beiden Begleitgalaxien der Andromedagalaxie M32 und M110. Diese sind oft schon in mittleren Teleskopen gut beobachtbar.

Für detaillierte Galaxienbeobachtungen empfehlen sich daher Teleskope mit mindestens 20, besser 30 Zentimeter Öffnung. Galaxien sind Objekte mit einer geringen bis mittleren Flächenhelligkeit. Aus diesem Grund sollte ein Teleskop zur Galaxienbeobachtung ein Öffnungsverhältnis aufweisen, das große Austrittspupillen von sechs bis sieben Millimeter möglich macht. Die besten Öffnungsverhältnisse sind also f/6 oder lichtstärker. Es gibt jedoch auch Galaxien, die sehr kompakt aufgebaut sind und eine größere Flächenhelligkeit aufweisen.

Da das Licht einer Galaxie im Gegensatz zu Sternen über eine größere Fläche verteilt ist, erscheinen sie bei gegebener scheinbarer Helligkeit schwächer als ein Stern gleicher Helligkeit. Ein Erfahrungswert besagt, dass die visuelle Grenzgröße für Galaxien etwa eine Größenklasse schwächer ist als die bei Teleskopen stets angegebene stellare visuelle Grenzgröße.

Nebel- und Interferenzfilter sind bei der Galaxienbeobachtung von Ausnahmen abgesehen (siehe oben) nutzlos: Galaxien sind Ansammlungen von Sternen und strahlen somit Licht im gesamten Spektrum ab. Ein Interferenzfilter hat jedoch die Aufgabe, den Löwenanteil des elektromagnetischen Spektrums zu absorbieren und nur die relativ engen Wellenlängenbereiche zum Beobachter zu lassen, in denen Gasnebel strahlen. Folglich wird nahezu das gesamte Sternenlicht, und damit das Licht der Galaxien, abgeschwächt. Die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Galaxienbeobachtung ist also ein möglichst dunkler Himmel ohne störendes Streu- und Mondlicht.

Galaxien heben sich oft nur sehr schwach vom Himmelshintergrund ab. Das gilt insbesondere für Galaxien, die eine größere Fläche am Himmel einnehmen. In solchen Fällen ist die Technik des "indirekten Sehens" neben einer guten Dunkeladaptation des Auges sehr hilfreich.

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Eliptische Galaxien

Eliptische Galaxie NGC 1132

Die elliptische Galaxie NGC 1132. Bild: ESA, NASA

Elliptische Galaxien zeigen auch in größeren Teleskopen kaum Details und sind auch weitgehend frei von inneren Strukturen. Sie zeigen sich als diffuse, zigarren- bis kreisförmige Flächen. Mitunter erkennt man eine Aufhellung zum Zentrum hin.

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Irreguläre Galaxien

Irreguläre Galaxie NGC 1427a

Die irreguläre Galaxie NGC 1427a. Bild: ESA, NASA

Irreguläre Galaxien sind in aller Regel lichtschwache Zwerggalaxien. Mit lichtstarken, größeren Teleskopen und indirektem Sehen erkennt man sie als diffuse, unregelmäßig geformte nebulöse Objekte. Details sind kaum auszumachen. Mit Amateurteleskopen sind sie oft nur fotografisch nachweisbar.

Eine Ausnahme bilden die beiden Magellanschen Wolken am Südhimmel. Aufgrund ihrer Nähe (ca. 150000 Lichtjahre für die Große und ca. 200000 Lichtjahre für die Kleine magellansche Wolke) lassen sie bereits im Fernglas eine Vielzahl von Details erkennen. Das prominenteste Beispiel ist der Tarantelnebel der Großen Magellanschen Wolke. Dieses Sternentstehungsgebiet ist bereits mit einem Fernglas deutlich zu erkennen, und ein Teleskop offenbart viele Details dieser Zwerggalaxie. Es würde den Rahmen dieses Artikels sprengen, diese beiden Galaxien in Detail zu betrachten.

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Spiralgalaxien

Spiralgalaxie M51

Spiralgalaxie M51. Bild: ESA, NASA

Spiralgalaxien sind für größere Amateurteleskope lohnendere Objekte. In kleineren bis mittleren Teleskopen erkennt man abhängig von der Orientierung der Achse der Galaxie einen zigarren- bis kreisförmigen Nebel. Meistens sieht man zum Zentrum hin eine mehr oder weniger deutliche Helligkeitszunahme. Diese ist stärker am Zentrum konzentriert als bei elliptischen Galaxien und ein typisches visuelles Merkmal von Spiralgalaxien. In einigen Fällen erkennt man ein sternförmiges Zentrum.

Größere Fernrohre offenbaren mehr Details. Die Technik des indirekten Sehens ist hierbei nahezu obligatorisch und sollte gut beherrscht werden. Insbesondere bei Galaxien, bei denen wir fast senkrecht auf die Scheibe blicken („face-on“, z.B. M51, siehe Bild) erkennt man bei indirektem Sehen die Spiralarme, wenn sie nicht zu eng um das Zentrum gewunden sind. Sehr große Amateurteleskope zeigen die Spiralarme bereits deutlicher, und man erkennt auch größere Staubbänder. Größere und hellere Galaxien wie der Andromedanebel M31 zeigen diese Staubbänder sehr deutlich.

In Kantenstellung („edge-on“), wenn wir auf die Seite einer Spiralgalaxie blicken, lassen große Amateurteleskope neben der langgestreckten Zigarrenform den zentralen Bulge erkennen. Zentrale Staubbänder sind hierbei charakteristische Merkmale von Spiralgalaxien und oft bereits mit mittleren Amateurteleskopen zu beobachten.

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Galaxiengruppen und Galaxienhaufen

Galaxiengruppen sind Ansammlungen von vier bis etwa ein Dutzend Galaxien, die untereinander gravitativ gebunden sind. Galaxienhaufen haben etwa 100 bis zu mehrere tausend Mitglieder. Ein prominentes Beispiel hierfür ist der Virgo-Galaxienhaufen im Sternbild Jungfrau. Im lichtstarken Teleskop bei schwacher Vergrößerung sind im Gesichtsfeld des Okulars zahlreiche Galaxien erkennbar, viele allerdings nur als kleine, diffuse Flecken.

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Supernovae in entfernten Galaxien

Supernovae in fernen Galaxien sind ein seltenes, aber beeindruckendes und wichtiges Naturschauspiel. Bei einer Supernova explodiert ein Stern am Ende seines Lebens, wobei seine Leuchtkraft um das Millionen- bis Milliardenfache erhöht wird. Die Supernova leuchtet über einen kurzen Zeitraum mitunter so hell wie eine gesamte Galaxie.

Supernova in NGC 4526

Supernova in der Galaxie NGC 4526 im unteren linken Bereich der Galaxie. Ohne Kenntnis der Positionen der Vordergrundsterne wäre sie nicht als Supernova zu identifizieren. Bild: ESA, NASA

Es gibt zwei Arten von Supernovae: Bei der ersten zieht ein Weißer Zwerg Material von einem massereichen Begleitstern an, wobei es sich in einer Akkretionsscheibe um den Weißen Zwerg ansammelt. Bei Erreichen der kritischen Masse explodiert der Stern in einer Supernova. Bei der zweiten explodiert ein Roter Riese mit einer mindestens achtfachen Ausgangsmasse der Sonne als Supernova, wenn die Kernfusion in seinem Inneren zum Erliegen kommt.

Für die Kosmologie ist der erste Typ von elementarem Interesse: Aus dem Entstehungsmechanismus geht hervor, dass sie stets bei der gleichen Masse explodieren und somit stets die gleiche absolute Helligkeit aufweisen. Aus dem Verhältnis der beobachteten scheinbaren Helligkeit und der konstanten absoluten Helligkeit kann man die Entfernung der Galaxie, in der die Supernova explodierte, mit hoher Genauigkeit bestimmen.

Die Suche nach Supernovae in Galaxien ist auch für Teleskope mittlerer Öffnungen ab ca. 15 Zentimeter interessant, da es hier nicht auf Details innerhalb der Galaxie, sondern auf die Entdeckung der sternförmigen Supernova ankommt. Diese sind im Helligkeitsmaximum oft auch mit mittleren Amateurteleskopen gut erkennbar. Ein Stern (bzw. hier eine Supernova), leuchtet bei gleicher Helligkeit wesentlich heller als die Galaxie, da bei der Galaxie die Helligkeit, die beim Stern in einem Punkt konzentriert liegt, auf eine größere Fläche verteilt ist. Das kann im Fall von Supernovae so weit führen, dass man visuell zwar die Supernova, aber nicht die dazugehörige Galaxie erkennt. Mit größeren Teleskopen erkennt man natürlich auch schwächere und entferntere Supernovae. Im Endeffekt sind also auch hier größere Teleskope im Vorteil, da eine Supernova mit ihnen in einem früheren Entstehungsstadium entdeckt werden kann.

Für die systematische Suche nach Supernovae ist es erforderlich, die Muster der Vordergrundsterne zu kennen, die sich in der Sichtlinie zur Galaxie befinden und somit optisch vor der Galaxie sichtbar sind. Die Supernovasuche erfolgt in der Regel fotografisch mit hochempfindlichen digitalen Sensoren, aber auch die visuelle Beobachtung ist durchaus erfolgversprechend. Man muss sich jedoch im Klaren darüber sein, dass es unabhängig von der Beobachtungsmethode Jahre oder gar ein ganzes Astronomenleben dauern kann, bis man fündig wird. Vielen „Supernovajägern“ gelingt auch gar keine Erstentdeckung eines solchen Ereignisses.

Auf meiner Schwesterseite AstroPlatz.de gibt es eine Anleitung zur Fotografie von Galaxien.

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