Wissenschaft hat eigentlich wenig mit Demokratie zu tun. Die Realität kümmert sich nicht um Abstimmungen und Mehrheiten; die ist einfach so wie sie ist. Und selbst wenn sich alle Wissenschaftler der Welt einig wären, dass etwas irgendwie sein muss, dann kann die Realität immer noch anders aussehen. Das einzige was zählt ist die Übereinstimmung der Theorien mit den Beobachtungen und experimentellen Daten.

Ab und zu aber macht es doch Sinn, wenn Wissenschaftler per Abstimmung zu einem Ergebnis kommen. Nämlich dann, wenn es um Fragen der Klassifikation geht.

Das beste Beispiel dafür ist die “Degradierung Plutos“. Da haben ja die Astronomen bei einer großen Konferenz im Jahr 2006 darüber abgestimmt, was denn eigentlich unter dem Wort “Planet” zu verstehen sei. Das Ergebnis kennen wir: Pluto ist nun kein Planet mehr. Dabei hat sich Pluto selbst natürlich nicht verändert; der ist der gleiche kleine Eisbrocken der er immer schon war. Aber da es durch die neuen Entdeckungen von großen Asteroiden im Kuipergürtel immer schwieriger war, zwischen großen Asteroiden und kleinen Planeten zu unterscheiden musste man mit einer neuen und exakten Definition Klarheit schaffen. Und das kann man durchaus demokratisch erledigen.

Duncan Forbes von der Swinburne Universität in Australien und Pavel Kroupa von der Uni Bonn haben nun ein ähnliches Problem präsentiert. Sie fragen sich, was man denn nun eigentlich unter dem Wort “Galaxie” versteht…

i-d6b0697da22222d8b685b4ca75b03fb8-m51-thumb-500x375.jpg
M51: Definitiv eine Galaxie (Bild: NASA)

Diese Frage ist auf den ersten Blick genauso trivial wie die Frage nach der Bedeutung von “Planet”: eine Galaxie besteht aus einem Haufen Sterne die gravitativ aneinander gebunden sind. So wie unsere Milchstrasse, in der sich die Sonne und noch ein paar Milliarden andere Sterne befinden. Aber wenn man genau hinsieht, dann wird es schwierig. Denn es gibt ja auch Sternhaufen wie z.B. die Plejaden. Die befinden sich innerhalb der Milchstrasse und die Sterne dort sind auch untereinander gravitativ gebunden. Also eine Galaxie in der Galaxie? Und dann gibt es noch die Kugelsternhaufen. So wie Planeten einen Stern umkreisen, umkreisen Kugelsternhaufen eine Galaxie. Das können pro Galaxie einige hundert oder tausend sein. Sind Kugelsternhaufen auch Galaxien?

Und so wie 2005 die Entdeckung des heutigen Zwergplaneten Eris die Debatte um den Planetenstatus von Pluto erneut angestossen hat, sind es diesmal die “Ultra Compact Dwarfs (UCD)”. Das sind Sternsysteme die mit ihrer Größe typischerweise irgendwo zwischen Kugelsternhaufen und Galaxien liegen und es ist unklar, wie man sie klassifizieren soll. Vielleicht waren UCDs früher “echte” Galaxien die durch diverse Begegnungen mit anderen Galaxien viele Sterne verloren haben; solange bis nur noch ein Kern übrig blieb? Oder aber UCDs entstanden, als mehrere Kugelsternhaufen miteinander verschmolzen sind.

Forbes und Kroupa überlegen nun, wie man am besten definieren könnte, was eine Galaxie ist. Betrachtet man die diversen populären Definitionen, dann sind zwei Dinge klar. Eine Galaxie enthält Sterne und die sind gravitativ aneinander gebunden. Wikipedia zum Beispiel sagt:

“Als eine Galaxie (altgr.: γαλαξίας galaxías „Milchstraße”) wird in der Astronomie allgemein eine gravitativ gebundene große Ansammlung von Materie wie Sternen und Planetensystemen, Gasnebeln, Staubwolken und sonstigen Objekten bezeichnet. “

Aber das allein reicht nicht aus um klare Unterscheidungen in Sachen UCDs und Kugelsternhaufen zu treffen (die nach dieser Definition alle Galaxien wären). Forbes und Kroupa schlagen daher weitere Kritieren vor. Man kann sich zum Beispiel fragen welche Kräfte die Bewegung der Sterne hauptsächlich beeinflussen. Ist das das Gravitationspotential der Galaxie selbst? Oder sind es die nahen Begegnungen individueller Sterne? Das lässt sich durch die sogenannte “Two-Body-Relaxation Time” beschrieben. Je kleiner die ist, desto weniger spielt das Gravitationspotential des Sternsystems eine Rolle. Bei Galaxien wie unserer Milchstrasse ist diese Zeit größer als das bisherige Alter des Universums und das ist auch das Kriterium, das Forbes und Kroupa vorschlagen. Dann wären UCDs auch Galaxien; Kugelsternhaufen aber nicht.

i-4d4ee39aa6b8d68e91fa41907d4e1013-UCD-thumb-500x477.jpg

Ein weiterer Vorschlag ist die Einführung eines simplen Größenkriteriums. Der sogenannte “Half-Light-Radius” soll mindestens 100 Parsec betragen. Das ist der Radius, der die Hälfte der gesamten Leuchtkraft der Galaxie enthält. Mit diesem Kriterium wären Kugelsternhaufen und UCDs keine Galaxien.

Man könnte auch fordern, dass eine echte Galaxie eine komplexe Sternpopulation enthalten muss. Unsere Milchstrasse beispielsweise enthält verschiedene Generationen von Sternen. Die ersten Sterne haben in ihrem Inneren durch Kernfusion schwere Elemente erzeugt und die bei Supernovaexplosionen ins All geschleudert. Es war noch genug Gas in der Galaxie übrig so dass dann daraus neuen Sterne entstehen konnten, die nun schon von Anfang an schwere Elemente enhielten und auch Planetensysteme aus schweren Elementen hatten. Kugelsternhaufen dagegen enthalten i.A. nur Sterne einer einzigen Generation. Bis auf die ganz großen; dort gibt es genug Gas für mehrere Populationen – und die müsste man dann auch als Galaxien klassifizieren.

Ein weiteres Kriterium wäre das Vorhandensein von dunkler Materie. Wir wissen aus der Messung von Sterngeschwindigkeiten, dass die Galaxien alle dunkle Materie enthalten; ansonsten wären die Geschwindigkeiten der Sterne viel kleiner als man sie tatsächlich mißt. Das folgt aus der Theorie zur Galaxienentstehung die besagt, dass die Galaxien in großen Haufen aus dunkler Materie entstanden (die damals nach dem Urknall früher strukturen entwickelte als die heißere normale Materie). Kugelsternhaufen aber entstehen anders und hier ist nicht viel dunkle Materie zu erwarten. Sie wären also keine Galaxien und je nachdem wie die UCDs entstanden sind gilt das auch für sie.

Als letztes Kriterium führen Forbes und Kroupa an, dass eine Galaxie ein Satellitensystem haben muss. Unsere Milchstrasse ist von vielen kleineren Galaxien (zum Beispiel die magellanschen Wolken) und Kugelsternhaufen umgeben. Bei den UCDs hat man bis jetzt keine Satelliten gefunden und sie wären demnach keine Galaxien.

i-65bc8c7aad84d7e1f5c91d1c0fcdd8cf-omegacen-thumb-500x456.jpg
Omega Cen – der massivste Kugelsternhaufen der Milchtstrasse oder eine eigene Galaxie? (Bild: Hubblesite)

Tja – was soll man nun machen? Was ist eine Galaxie? Forbes und Kroupa halten die “Two-Body-Relaxation-Time” für das beste Zusatzkriterium zur Definition einer Galaxie. Aber sie bitten auch alle Kollegen um ihre Meinung und haben extra eine Online-Umfrage eingerichtet. Dort kann jeder seine Meinung sagen und seine persönlichen Favoriten auswählen. Mal sehen wie es ausgeht. Die nächste Generalversammlung der Internationalen Astronomischen Union findet im August 2012 in China statt. Vielleicht wird dort ja dann schon offiziell über eine neue Definition von “Galaxie” abgestimmt.


Flattr this


Duncan Forbes, & Pavel Kroupa (2011). What is a Galaxy? Cast your vote here… Publications of the Astronomical Society of Australia arXiv: 1101.3309v1

Kommentare (20)

  1. #1 noch'n Flo
    24. Januar 2011

    Letzten Endes ist es doch völlig egal, welchen Namen das Kind am Ende hat. Ist doch nur eine Frage der Definition und die können sich ja später auch wieder ändern. Auswirkungen auf die astronomische Forschund dürfte doch eine wie auch immer lautende Encheidung sowieso nicht haben, oder?

  2. #2 Florian Freistetter
    24. Januar 2011

    @noch’n Flo: Naja – Klassifikationen spielen schon ne Rolle; auch für die Wissenschaft. Das schreiben auch die Autoren im Paper:

    Astronomers like to classify things. That classification may initially be based on appearance to the human eye (e.g. Hubble 1926), but to make progress this taxonomy may need to have some basis in the underlying nature/physics of the objects being examined. With this mind, astronomers need a working definition so as to divide objects into different categories and to explore the interesting transition cases that might share common properties. Hopefully this results in additional insight into the physical processes that are operating.

  3. #3 silentjay
    24. Januar 2011

    du hast das böse c-wort gesagt….
    Das gibt doch wieder verstärkten Fäkalniederschlag weil einige die mutwillige Unterstützung eines verbrecherischen Unterdrückerregims erschnüffeln.

  4. #4 Florian Freistetter
    24. Januar 2011

    c-Wort??

  5. #5 silentjay
    24. Januar 2011

    china…
    erinnere mich noch, als drüben bei weitergen über die kaust gebloggt wurde. da gings dann mehr um die eigene moralische rechtfertigung, als um die thematik des beitrags.

    Bin übrigens als wenig physikalisch bewanderter für die Two-Body-Relaxation Time die scheint mir relativ eindeutig messbar und eine klare Grenze zu bieten.

  6. #6 Bullet
    24. Januar 2011

    classify?
    category?
    cases?
    common?

  7. #7 Moss
    24. Januar 2011

    Warum entscheidet man so etwas nicht per Ringkampf zwischen den Wortführern der Opponenten? Immerhin wurde so ja auch die Existenz Gottes durch zwei Schulterwürfe gegen eine Aufgabe bewiesen.

  8. #8 MartinS
    24. Januar 2011

    @FF
    Florian, wenn Du Dich mal gaaanz weit aus dem Fenster lehnen könntest, würde mich interessieren, welche Definition Du ‘wählen’ würdest und mit welcher Begründung. Wenn ich Dich richtig verstanden habe, dann ist Kroupa doch über die UCD’s gestolpert, aber in seinem Paper” sagt er doch, dass UCD’s die Reste früherer Galaxien sind. Wenn die Masse doch immer noch der der ‘früheren’ Galaxien entspricht (in Form von Neutronensternen etc) – warum sucht er nach einer Definition des Galaxie-Begriffs? Ist nicht ‘Kugelsternhaufen’ oder Spiralgalaxie (als Beispiele) aussagekräftig genug?
    Noch eine Frage: Existieren eigentlich noch Galaxien mit einer Sternendichte von 1 Mio Sterne je Kubik-Lichtjahr?

  9. #9 waaahsabi
    24. Januar 2011

    Ogottogottogott… er hat 2012 gesagt. Wir werden alle sterben![tm]

  10. #10 rauskucker
    24. Januar 2011

    Einziges Kriterium: Sternensysteme mit mindestens einem supermassiven (d.h. nichtstellaren) Schwarzen Loch im Zentrum.
    (Ergibt übrigens etwa dieselbe Schnittmenge wie das Kriterium “dunkle Materie”. Na sowas…)

  11. #11 Saidiph
    24. Januar 2011

    2012 wird entschlossen, dass die Milchstraße keine Galaxie ist, deswegen wird alles darin subjektiv so klein und bedeutungslos, dass die Welt quasi schon untegegangen ist.

  12. #12 Florian Freistetter
    24. Januar 2011

    Also ich würde für die dynamische Variante plädieren und die Relaxation-Time als Kriteriuem hernehmen. Größe etc erscheint mir zu willkürlich; die Dynamik ist da schon besser. Alles was sich benimmt wie eine Galaxie wird auch als Galaxie bezeichnet.

  13. #13 muh-muh
    26. Januar 2011

    @FF: Als astronomisch quasi Ungebildeter muß ich fragen: Was ist die “Two-Body-Relaxation-Time”?

    Übrigens, Dein Interview bei den Elementarfragen fand ich Klasse!

    Beste Grüße aus dem Erzgebirge.

  14. #14 Florian Freistetter
    26. Januar 2011

    @muh-muh: Ist das im Text so schlecht erklärt? Also die genau Formel lass ich jetzt (sie steht im verlinkten Paper). Aber im Prinzip ist es eine Zeitskala die angibt, wie stark sich die Sterne eines Sternsystems untereinander bzw. vom gemeinsamen Gravitationspotential beeinflussen lassen. Ist die TBR-Time klein, dann wird die Bewegung der Sterne hauptsächlich von Begegnunge zwischen Einzelsternen beeinflusst. Ist sie groß, dann ist das gemeinsame Gravitationspotential maßgeblich.

  15. #15 muh-muh
    26. Januar 2011

    @FF: Ah, danke für die Erläuterung. – Sorry, die verlinkten Seiten habe ich mir nicht angeschaut und in Deinem Text nahmst Du (in meinen Augen) nur darauf Bezug. Aber ist ja kein Problem, man kann ja fragen. 🙂

  16. #16 klauszwingenberger
    26. Januar 2011

    @ rauskucker:

    Einziges Kriterium: Sternensysteme mit mindestens einem supermassiven (d.h. nichtstellaren) Schwarzen Loch im Zentrum.

    Und Tschüss, Ihr Zwerggalaxien….

    Und Tschüss, M 33 http://www.sciencemag.org/content/293/5532/1116

  17. #17 Eddy
    26. Januar 2011

    Klassifikationen spielen schon ne Rolle; auch für die Wissenschaft.

    Die genannten Kriterien sind doch eigentlich optimal um damit die Galaxien zu unterscheiden. Man hat doch imho mit der Fragestellung auch schon die Antwort darauf gefunden.

    Darüberhinaus ist es doch eigentlich sinnlos etwas zu benennen. Es ist doch im Prinzip viel wichtiger zu wissen WIESO Pluto kein Planet ist als zu wissen DASS er keiner ist.

    Das erinnert mich ein bisschen an die Diskussion darüber was denn nun “Leben” eigentlich genau ist. Am Ende hat man dann völlig unverständliche Begriffe mit denen niemand etwas anfangen kann. Oder ist euch der Begriff “Autopoiesis” geläufig. Klingt ähnlich schwierig “Erythroprotein” wie ich neulich leider im TV hören musste. Wogegen EPO jeder kennt.

    Ich schlage den Begriff “Eyjafjallajökull” vor für die Galaxien in denen die TBR-Time klein ist.

  18. #18 medizynicus
    28. Januar 2011

    Spannender Beitrag…
    und die Diskussionen kommen mir irgendwie bekannt vor: Was macht einen Diabetiker zum Diabetiker? Ab wann ist der Blutdruck zu hoch? Wie viele Kriterien aus welchem Katalog an Kriterien müssen erfüllt werden, damit man von Rheumatoider Arthritis spricht? Auch in der Medizin gibt es oft sehr willkürliche Entscheidungen, was Krankheitsdefinitionen betrifft.
    btw.: was ich Dich immer schon mal fragen wollte: heißt es eigentlich Galaxie oder Galaxis?

  19. #19 Florian Freistetter
    28. Januar 2011

    @medizynicus: “was ich Dich immer schon mal fragen wollte: heißt es eigentlich Galaxie oder Galaxis? “

    Im Prinzip kann man beides sagen. Aber viele Astronomen verwenden “Galaxis” nur für unsere eigene Milchstrasse und “Galaxie” für alle anderen.

  20. #20 threepoints...
    2. Februar 2011

    noch’n Flo· 24.01.11 · 11:46 Uhr

    “Letzten Endes ist es doch völlig egal, welchen Namen das Kind am Ende hat. Ist doch nur eine Frage der Definition und die können sich ja später auch wieder ändern. Auswirkungen auf die astronomische Forschund dürfte doch eine wie auch immer lautende Encheidung sowieso nicht haben, oder?”

    -> Aber ja – es ist egal. Aber nur für den, der eh bescheid weis. Die genaue Klassifizierung ist nur nötig, wenn entweder eine Auseinandersetzung zu neuen Denkstrukturen führen soll … oder die Struktur an andere weiter gegeben werden soll, damit die anderen daran sich eine Erkenntnis erarbeiten können. Also in der Lehre von Wissen.
    sie ist also nötig, wenn wir über die Verbalkommunikation eine Verbeitung eines Problems und folglich eine Sinngerechte Verarbeitung und weiterentwicklung anstreben. Ein “wissender” Spezialist auf einem Themengebiet könnte ebenso gut auch ohne auskommen – meine ich.

    Diesen Artikel von FF finde ich den besten seit langem von ihm… aber das ist eine rein subjektive Empfindung….
    Eigendlich müsste er sein Profil gerade für diesen Beitrag mit einem Bild von ihm mit einem zwinkerndem Auge versehen …!