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Die Milchstraße

Begleitmaterial zum Vortrag an der Volkssternwarte Ennepetal

1. Geschichte der Milchstraße aus menschlicher Sicht

Seit Menschengedenken wird in klaren Nächten die Milchstraße am Himmel beobachtet. In früheren Jahrtausenden, ohne störende Luftverschmutzung, war sie auch bei Vollmond noch sichtbar.
Um 1609 richtete Galilei sein erstes Fernrohr auf die Milchstraße und war fasziniert von den erkennbaren Sternwolken. Dennoch blieb im Hintergrund stets das geheimnisvolle, milchige Licht, von dem Galilei nur vermuten konnte, daß es weitere abermillionen von Sternen waren.
Um 1760 äußerte Thomas Wright of Durham seine Vermutung, daß die Erde sich innerhalb einer Art Schicht von Sternen befände.
Später vermutete Immanuel Kant, die zu seiner Zeit rätselhaften Spiralnebel seien Wright'sche Sternschichten.
1914 gewinnt Shapley grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau unserer Galaxis.
Hubble katalogisiert und klassifiziert Spiralnebel und ist der Ansicht, daß auch unsere Milchstrasse ein solcher Spiralnebel ist.1924 gelingt Walter Baade die Belichtung einer Photoplatte, auf der einzelne Sterne des Andromedanebels zu erkennen sind.  Erst diese Aufnahme konnte belegen, daß der Andromedanebel und andere Spiralnebel Objekte außerhalb der Milchstraße und damit eigenständige Galaxien sind. Gleichzeitig war damit klar, daß die Milchstrasse eine Spiralgalaxie ist.
Nach dem 2. Weltkrieg durchdringt der Blick der Radioastronomie die Nebelwolken und liefert weitere wichtige Informationen über den Aufbau der Milchstraße.
Ab 1955 werden mit Radioteleskopen auf  der 21cm-Wellenlänge des neutralen Wasserstoffs auch mächtige Dunkelwolken, die Entstehungsgebiete späterer Sterne, erforschbar.

2. Der Aufbau der Milchstraße

Das Alter unserer Sterneninsel wird auf etwa 10 Milliarden Jahre geschätzt. Irgendwann nach dem Urknall bildete sich unsere Galaxis aus einer gewaltigen Menge Wasserstoff und Helium.
Man nimmt an, daß sich in der unregelmäßig Verteilten Materie zunächst einige Protogalaxien mit Sternen der sogenannten Population II bildeten. Diese Protogalaxien verschmolzen nach und nach im Schwerezentrum der Materieansammlung und bildeten daraus die heutige Milchstraße.

Im Zentrum der Milchstraße befindet sich, nach heutigen Erkenntnissen, eine sehr dichte Sternballung. Die Sterne stehen in diesem Bereich so dicht, daß durch diese Wolke der Blick auf den eigentlichen Mittelpunkt unserer Galaxis versperrt ist. Einige Wissenschaftler sind der Ansicht, daß sich im Kern unserer Milchstraße ein schwarzes Loch befindet. Die Ansichten darüber gehen weit auseinander und für den Fall, daß ein schwarzes Loch existiert, gibt es weiterhin eine Debatte darüber, ob es sich um ein aktives oder inaktives schwarzes Loch handelt.
Das Milchstraßenzentrum ist umgeben von der galaktischen Scheibe. Es handelt sich dabei um eine etwa 100 parsec (=326 Lichtjahre) dicke Schicht aus Sternen und Sternentstehungsgebieten mit Dunkelnebeln und Wasserstoffwolken. Diese Schicht ist umgeben von einem Bereich, in dem man lediglich einige weiße Zwerge findet. Zusammen mit dem Bereich der weißen Zwerge ergibt sich eine Dicke der galaktischen Scheibe von 540 parsec.

Die galaktische Scheibe hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren.Innerhalb der Scheibe häufen sich die Sterne und Materiewolken in den Bereichen der sogenannten Spiralarme.
Die Sterne innerhalb der galaktischen Scheibe nennt man Population I. Es handelt sich um relativ junge Sterne und innerhalb der Spiralarme spielt sich das werden und vergehen der Sterne ab. Alte Sterne verbleiben als weiße Zwerge oder vergehen z.B. als Supernoven, während in den dichten Wasserstoffwolken, den H I und H2 Regionen, neue Sterne entstehen. Das gesamte System der Spiralarme und Materiewolken rotiert um das galaktische Zentrum.
Unser Sonnensystem gehört zur Population I und befindet sich in einem Spiralarm, etwa 8500 parsec vom galaktischen Zentrum entfernt. Die Sonne umläuft zusammen mit ihren benachbarten Sternen das Milchstraßenzentrum mit ca. 220 km/sec.

Seitenansicht unserer Galaxis (“edge on”) Die Population I als dichte Scheibe, Halo und Kugelsternhaufen aussen
Quelle: [1]

Um das Milchstraßenzentrum und die galaktische Scheibe herum findet man mit einem Durchmesser von etwa 600.000 Lichtjahren die Kugel des galaktischen Halos. Es handelt sich dabei um eine dünne Population aus sehr alten Sternen, die sogenannte Population II. Außerdem gehören zum Halo die Kugelsternhaufen, die ebenfalls aus sehr alten Sternen bestehen.
Alle Halo-Objekte umkreisen ebenfalls das Milchstraßenzentrum, allerdings mit Bahnen, deren Ebenen völlig unabhängig voneinander oder von der Ebene der galaktischen Scheibe sind.
Sterne des Halos oder auch die Kugelsternhaufen durchdringen auf ihren Bahnen oftmals die galaktische Scheibe, was wegen der immer noch großen Abstände der Sterne in den Spiralarmen völlig unproblematisch ist.

Das Milchstraßenzentrum, der sogenannte galaktische Bulge (Engl. Knubbel, Beule),  enthält 20% der gesamten sichtbaren Masse unserer Milchstraße. Dieser Teil der Milchstraße ist bis jetzt sehr wenig erforscht, da dichte Materieansammlungen den Blick dorthin versperren. Erst 1945 entdeckte Walter Baade einen engen Bereich, durch den man direkt bis zum Rand des Bulge sehen kann. Dieser Bereich heißt auch heute noch "Baades Fenster".
Durch die Beobachtungen in diesem Bereich konnte man feststellen, daß die Sterne im Zentrum etwas jünger als die des Halos sind. Die Sterne im Bulge enthalten sehr viele schwere Elemente, die Bereits bei ihrer Entstehung vorhanden waren. Bis heute ist nicht klar, wie diese Elemente vor Entstehung der Sterne im Bulge angereichert wurden.
Die neuesten Sternzählungen weisen darauf hin, daß das Zentrum der Milchstraße eine Zigarrenform besitzt. Die Bezeichnung Bulge ist also bereits veraltet und unsere Milchstraße gehört damit zum Galaxientyp der Balkenspiralen.

Die Entstehung von Spiralarmen: nach innen schneller werdende Periheldrehung verlagert die elliptischen Umlaufbahnen zueinander.
Die resultierende Dichtewelle im Staub fördert die Sternentstehung. Quelle: [1]

3. Die Objekte im Halo

Da die Wasserstoffwolken sich um die galaktischen Scheibe und in ihrer näheren Umgebung gruppieren, fehlt im Bereich des Halos der Nachschub an Wasserstoff zur Bildung neuer, junger Sterne. Daher findet man hier nur Sterne, die beinahe so alt sind wie die Milchstraße. Es handelt sich dabei um vergleichsweise massearme Sterne. Die massereicheren Sterne sind nach ihrer relativ kurzen Brenndauer bereits erloschen. Im Halo findet man nur eine dünn verteilte Dunkelmaterie.
Außerdem enthält der Halo unserer Milchstraße noch zwei weitere, hochinteressante Objekte: die Magellanschen Wolken.
Diese Zwerg- bzw. Satellitengalaxien umkreisen das Milchstraßenzentrum mit etwa 50.000 parsec Abstand. Durch die im Halo enthaltene Dunkelmaterie erfahren die Satellitengalaxien eine sogenannte Dynamische Reibung. Sie werden abgebremst und "fallen" so stetig auf das galaktische Zentrum zu. In etwa 10 Milliarden Jahren werden die Magellanschen Wolken dem galaktischen Zentrum so nahe sein, daß die Gezeitenkräfte sie Auflösen. Ihre Sterne werden im Halo der Milchstraße verteilt.
1994 wurde im Sternbild Schütze eine ähnliche Zwerggalaxie entdeckt, die sich im Prozess der Auflösung befindet. In etwa einer Milliarde Jahren wird sie sich vollständig mit den Sternen des Halos vermischt haben. Diese Galaxie, genauso wie die Magellanschen Wolken sind also die letzten noch verbliebenen Protogalaxien aus der Entstehungsgeschichte unserer Milchstraße.

5. Nachbargalaxien und Ausblick

Unsere Milchstraße gehört zur sogenannten lokalen Gruppe, die aus etwa bekannten 20 Mitgliedern im Abstand von bis zu 1,3 Megaparsec besteht. Den Hauptanteil der Mitglieder stellen schwer erkennbare Zwerggalaxien in 100.000 bis 200.000 parsec Entfernung. Neben der Milchstraße sind der Andromedanebel M33 und der Dreiecksnebel M 31 weitere große Galaxien der lokalen Gruppe. Diese Galaxien sind alle an ein gemeinsames Schwerezentrum gebunden.
Der Andromedanebel nähert sich uns täglich um 10 Millionen km. In 5 Milliarden Jahren werden Andromedanebel und Milchstraße nahe aneinander vorbeifliegen, oder auch aufeinandertreffen. Eine Zeitlang werden dann zwei Milchstraßenbänder am Himmel zu sehen sein.
Bei einer Durchdringung der Galaxien werden die miteinander kollidierenden Gasmassen verdichtet und unzählige neue Sterne hervorrufen, dann aber werden die verschmelzenden Galaxien ohne interstellare Gasmassen sein und keine neuen Sterne mehr bilden können. Es bildet sich eine elliptische Riesengalaxie aus alternden Sternen.

6. Literaturangaben:

[1] Andreas Burkert, Rudolf Kippenhahn "Die Milchstraße" München, Beck  1996