AhA: Warum haben Spiralgalaxien Arme?

Alle Sterne, die wir nachts am Himmel sehen, gehören zu ein und derselben Galaxie. Auffällig ist, dass sich die meisten Sterne in einem schmalen Band tummeln: der Milchstraße. Von außen betrachtet ist es eine dünne Scheibe, in der die zahlreichen Sonnen rotieren. Dagegen haben Sterne, die außerhalb dieser Scheibe sind, viel weniger direkte Nachbarn.

Damit unterscheidet sich die Milchstraße von kleinen Nachbargalaxien wie den Magellanschen Wolken, die keine derart regelmäßige Struktur aufweisen. Das Milchstraßensystem hat außerdem ausgeprägte Spiralarme. Wie diese Arme entstehen, ist bis heute nur in Ansätzen bekannt.

Sie bewegen sich jedenfalls unabhängig von den Sternen um das Galaxienzentrum. Sonst wären sie nicht stabil. Innen liegende Sterne vollenden ihre Kreise nämlich rascher als Sterne in den Randbereichen der Galaxis. Dem entsprechend wäre die Spirale nach wenigen Umdrehungen aufgespult, die Arme würden wieder verschwinden. „Das Spiralmuster rotiert mit einer eigenen Umlaufgeschwindigkeit“, erläutert Ulrich Bastian vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg. Es kommt durch Dichtewellen zustande. „In den Spiralarmen liegen die Sternentstehungsgebiete. Es sind die jungen und hellen Sterne, die die Arme sichtbar machen.“

Das Gas der Scheibe verdichtet sich demnach in den Armen zu neuen Sternen, die den Verlauf der Wellen wie Straßenlaternen anzeigen. Die Dichtewellen selbst können von außen angeregt werden, etwa durch den Vorbeizug benachbarter Galaxien. Deren Schwerkrafteinfluss auf die rotierende Scheibe würde sich ähnlich bemerkbar machen wie ein Windstoß, der über eine Wasseroberfläche streicht. Neben einem Anstoß von außen sind auch selbst angeregte Wellen denkbar, vergleichbar jenen Wellen, die sich im aufsteigenden Rauch einer Zigarette bilden. „Vermutlich sind beide Prozesse beteiligt“, sagt Bastian.

Er und seine Kollegen wollen der Struktur unserer Milchstraße mit Hilfe des Weltraumteleskops „Gaia“ auf die Spur kommen. Der Start ist für 2013 geplant. Die Beobachtungsdaten sollen die Bewegungen von Millionen Sternen im Zeitraffer zeigen und neue Einblicke in die Spiraldynamik geben. Thomas de Padova