SG_LogoDas ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 323: Die Spiralarme der Milchstraße

Die Milchstraße ist eine Galaxie. Nicht irgendeine Galaxie, sondern die Galaxie, zu der auch die Sonne und all ihre Planeten gehören. Zusammen mit ein paar hundert Millionen anderer Sterne gehört sie zu der riesigen Struktur, die wir “Milchstraße” nennen. Die Milchstraße kann man näherungsweise als eine Scheibe mit einer Dicke von etwa 3000 Lichtjahren und einem Durchmesser von etwa 180.000 Lichtjahren betrachten. Aber das ist natürlich nur eine sehr grobe Annäherung. Die Realität ist viel komplexer.

Obwohl es ziemlich schwierig ist, genau herauszufinden, wie unsere Milchstraße im Detail aussieht. Das scheint auf den ersten Blick seltsam zu sein. Immerhin ist es ja unsere Heimatgalaxie; über die sollten wir doch besser Bescheid wissen als über irgendwelche, Millionen Lichtjahre entfernte fremde Galaxien?

So sieht die Milchstraße vielleicht aus. Oder auch nicht. Ganz genau wissen wir es noch nicht. (Künstlerische Darstellung: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)

Im Prinzip ja. Aber genau so wie es schwierig ist, zum Beispiel die Form eines Waldes zu erkennen, wenn man sich mitten darin befindet, ist es auch schwierig die Milchstraße aus ihrem Inneren heraus zu beobachten. Wir sehen quasi die Galaxie vor lauter Sternen nicht… Aber natürlich haben wir im Laufe der Zeit schon einiges herausgefunden.

Ich habe in Folge 33 der Sternengeschichten schon ein wenig ausführlicher über die verschiedenen Arten von Galaxien erzählt. Unsere Milchstraße ist eine sogenannte Balkenspiralgalaxie. Das bedeutet, dass man sie in drei hauptsächliche Strukturen unterteilen kann. Im Zentrum befindet sich der “Bulge”, eine kugelförmige Region mit einem Durchmesser von etwa 16.000 Lichtjahren, in der sich sehr viele Sterne sehr dicht beieinander befinden. Von dieser Zentralregion ausgehend gibt es einen “Balken” – also ein einigermaßen gerades Band aus hellen Sternen. Von den Enden dieses Balkens gehen die Spiralarme aus, die in der den Bulge und Balken umgebenden galaktischen Scheibe liegen. Und diese Spiralarme wollen wir uns nun ein wenig genauer ansehen.

Dass es in der Milchstraße Spiralarme gibt, ist noch gar nicht so lange bekannt. Wir wissen ja überhaupt erst seit den 1920er Jahren, dass es so etwas wie Galaxien überhaupt gibt! Damals war es der amerikanische Astronom Edwin Hubble und seine Kollegen, die den “Andromedanebel” beobachteten und entdeckten, dass er eben gerade KEIN Nebel war, sondern eine sehr weit entfernte sehr große Ansammlung voller Sterne die uns nur wie eine nebelartige Wolke am Himmel erscheint. Und erst mit dieser Entdeckung war auch klar, dass unsere eigene Milchstraße ebenfalls eine solche Galaxie, eine “Sterneninsel” inmitten eines Universums voller anderer dieser Sterneninseln sein muss. Mit den immer besser werdenden Teleskopen konnte man immer mehr dieser fernen Galaxien beobachten. Sie hatten alle möglichen Formen – und viele von ihnen zeigten spiralförmige Strukturen. Wie die Struktur unserer Milchstraße aussieht, war allerdings unbekannt.

Bis zum 26. Dezember 1951. Da hielt der amerikanische Astronom William Morgan einen Vortrag bei einer Konferenz der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in Cleveland. Am Ende der 15minütigen Präsentation applaudierte das Publikum nicht nur, sondern trampelte sogar mit den Füßen – eine außergewöhnlich begeisterte Zustimmung und ziemlich ungewöhnlich für eine wissenschaftliche Konferenz. Morgan stellte die Ergebnisse der Beobachtungen vor, die er gemeinsam mit seinen Kollegen Donald Osterbrock und Stewart Sharpless gemacht hatte. Sie hatten probiert, möglichste viele helle, heiße Sterne zu beobachten und ihre Position und Entfernung zu vermessen. Sterne, wie sie in den Spiralarmen von Galaxien besonders häufig vorkommen. Und tatsächlich fanden sie, dass diese Sterne in der Milchstraße ebenfalls spiralarmartige Strukturen bilden. Zwei Arme konnten Morgan und seine Kollegen mit ihren Daten nachweisen und so zum ersten Mal eindeutig zeigen, dass unsere Milchstraße eine Spiralgalaxie sein muss.

Andromeda: Die Nachbargalaxie der Milchstraße und viel besser zu sehen! (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Mittlerweile wissen wir natürlich ein wenig besser Bescheid. Die Spiralarme einer Galaxie sind keine starren Strukturen wie die Speichen eines Fahrrads. Sie rotieren nicht um das Zentrum einer Galaxie herum, sondern sind Orte, an denen besonders helle und heiße Sterne entstehen, die entsprechend hell leuchten. Zwischen den Spiralarmen befinden sich ebenfalls Sterne, die aber dunkler sind. Die Sterne die in den Spiralarmen entstehen, bewegen sich im Laufe der Zeit von dort weg und verteilen sich in der galaktischen Scheibe. Aber in den Spiralarmen entstehen immer wieder neue Sterne, die erneut hell leuchten. Oder anders gesagt: Die Sterne entstehen nicht IN den Spiralarmen. Sondern WEIL in diesen Regionen einer Galaxie bevorzugt Sterne entstehen die hell leuchten, SEHEN wir sie als Spiralarme. Der Grund für die Sternentstehung in den Spiralarmen liegt in der kombinierten Gravitationswirkung aller Sterne der Galaxie, die dafür sorgt, das in manchen Bereichen mehr Gas zusammengeballt wird als anderswo und das aus diesem Gas dann neue Sterne entstehen können.

Ich hab das in Folge 33 der Sternengeschichten genauer erklärt. Auf jeden Fall wissen wir aber nun seit der Mitte des 20. Jahrhunderts, dass es in der Milchstraße Spiralarme gibt. Sie hat zwei Haupt-Spiralarme und mehrere kleinere. Die beiden Hauptarme heißen “Perseus-Arm” und “Scutum-Centaurus-Arm”. Der Perseus-Arm heißt so, weil wir seine Sterne von der Erde aus besonders gut im Sternbild Perseus sehen können. Aber natürlich windet er sich durch die ganze Milchstraße. Er geht direkt von einem Ende des Balkens im galaktischen Zentrums aus und kommt auf seinen Windungen durch die Scheibe auch der Region nahe, in der sich das Sonnensystem befindet. Tatsächlich beträgt der Minimalabstand der Sonne zum Perseus-Arm nur 6350 Lichtjahre und damit ist der Perseus-Arm der Haupt-Spiralarm der Milchstraße, der uns am nächsten liegt.

Der Scutum-Centauraus-Arm, der manchmal auch Scutus-Crux-Arm genannt wird, ist der zweite Haupt-Spiralarm der Milchstraße, der vom anderen Ende des galaktischen Balkens ausgeht. Zwischen Perseus- und Scutum-Centaurus-Arm findet man aber noch mehrere kleinere Arme. Zum Beispiel den Orion-Arm, der auch unser Sonnensystem enthält. Der Orion-Arm ist etwa 10.000 bis 20.000 Lichtjahre lang, 2000 Lichtjahre breit. Die Sonne befindet sich in der Nähe des inneren Randes des Arms, also der Seite des Arms die näher am galaktischen Zentrum liegt. Dort, wo wir uns gerade aufhalten, hat der Orion-Arm quasi ein kleines Loch; eine Region in der sich vergleichsweise wenig interstellares Gas befindet. Man nennt das die “Lokale Blase” und vermutlich ist sie von einigen Supernova-Explosionen in der Vergangenheit leergefegt worden.

Dann gibt es noch den Carina-Sagittarius-Arm, ein weiterer kleiner Spiralarm. Der Orionarm befindet sich genau zwischen Perseusarm und Carina-Sagittarius-Arm; dieser Spiralarm ist also unser anderer Spiralarmnachbar in der Milchstraße. Der Norma-Arm liegt noch weiter enfternt von uns und ist der von uns ausgesehen innereste Spiralarm. Würden wir uns auf gerade Linie in Richtung des galaktischen Zentrums bewegen, würden wir zuerst den Carina-Sagittarius-Arm kreuzen, dann den Scutus-Crux-Arm, und dann den Norma-Arm. Auf dem entgegengesetzen Weg treffen wir auf den Perseus-Arm und dann eventuell wieder auf den Norma-Arm, der sich da schon einmal um die ganze Milchstraße gewandt hat. Oder vielleicht ist es da draußen auch schon wieder ein anderer Arm, der mit dem Norma-Arm nicht viel zu tun hat. Wie gesagt: Es ist knifflig, einen detaillierten Blick auf die Verteilung der Sterne zu kriegen, wenn man sich mitten zwischen ihnen befindet.

Und wir haben leider immer noch keinen wirklich umfassenden Überblick über die Verteilung aller Sterne in der Milchstraße. Wie denn auch – da sind ja ein paar hundert Millionen von den Dingern und von allen müssten wir exakte Helligkeiten, Positionen und Entfernungen bestimmen um eine Karte unserer Galaxie zeichnen zu können, die uns wirklich alle Spiralarme und die Zusammenhänge zeigt die es gibt. Das ist nicht nur schwierig, das ist fast unmöglich.

Zu viele von den Dingern!! Bild: ESA, NASA)

Selbst GAIA, das revolutionäre Weltraumteleskop zur Sternvermessung von dem ich in Folge 88 der Sternengeschichten erzählt habe, hat bei seiner Vermessung nur etwa eine Milliarde Sterne geschafft. Das ist zwar dramatisch viel mehr als wir bisher kannten, aber immer noch nur ein kleiner Bruchteil aller Sterne der Milchstraße. Die Auswertung dieser Daten wird uns sicherlich viele neue Erkenntnisse über die Struktur der Milchstraße liefern. Vielleicht auch ein paar alte Fragen beantworten. Etwa: Hängt der Orion-Arm mit dem Perseus-Arm zusammen? Zweigt er vom Perseus-Arm ab? Ist der Orion-Arm eine Verbindung zwischen Perseus-Arm und Carina-Sagittarius-Arm? Oder liegt er einfach so zwischen ihnen?

Es gibt noch viel zu entdecken. Die Milchstraße mag unsere kosmische Heimat sein. Aber auch in der Heimat kann noch jede Menge neue Sachen entdecken, wenn man nur genau genug hinsieht.

Kommentare (25)

  1. #1 Oliver Jahn
    Dachau
    1. Februar 2019

    Eine Frage zur ungefähren Größe der Milchstrasse. Ich hatte aus älteren Quellen eine Größe von ca. 100.000 Lj im Kopf und für Andromeda ca. 130.000 Lj.
    Auf Wikipedia wird die Größe der Milchstrasse zunächst mit 170.000-200.000 Lj angegeben (was ja wunderbar zu deinen 180.000 Lj passt) im weiteren Text unter der Rubrik “Aufbau” heisst es dann wieder: “Ihre Ausdehnung in der galaktischen Ebene beträgt etwa 100.000 Lichtjahre”… und für Andromeda werden ca. 150.000 Lj genannt. Wenn die Milchstrasse aber nun einen Durchmesser von ca. 180.000 Lj hat, dann müsste Andromeda ja einen Durchmesser von über 200.000 Lj haben…

    Mir ist vollkommen klar das es schwierig ist hierbei einen genauen Wert zu bestimmen aber woher kommen diese Abweichungen? Oder habe ich bei den jeweiligen Größenangaben etwas nicht berücksichtigt? Welche Annahme über die ungefähre Größe der beiden Galaxien ist denn nun (aktuell) richig? Ich stecke nicht so sehr in der Materie wie Florian oder andere Mitleser und Kommentatoren 😉

  2. #2 frank eic
    Essen
    1. Februar 2019

    Für unser Sonnensystem war mir aus verschiedenen Quellen bisher nur bekannt, dass es in der Ebene einen Durchmesser von 100.000 Lj habe.

  3. #3 Leser
    1. Februar 2019

    @ Frank eic

    Mir war das bisher auch so bekannt. Aber wenn das bei Wikipedia auch geändert ist, dann wird es seinen Grund haben. Vielleicht kann uns FF diesen Grund nennen, wenn er wieder zu Hause ist. Wir kennen ja nicht alle Veröffentlichungen der Astronomie.

    Es ist in letzter Zeit eine Eingrenzung der Masse unserer Milchstraße erfolgt, nun eine Korrektur der Ausdehnung. Es ist doch erstaunlich, wie schwierig das zu ermitteln ist, und wie groß die Unsicherheit dieser Angaben ist. Ist es da nicht vermessen, von einer fehlenden Masse zu sprechen.

  4. #4 Florian Freistetter
    1. Februar 2019
  5. #5 Dampier
    1. Februar 2019

    So wie ich das verstanden habe, hat die galaktische Scheibe 100.000 Lj Durchmesser und die gesamte Galaxie inkl. Halo 180.000.

  6. #6 Alderamin
    1. Februar 2019

    @Dampier

    Nein, der Halo ist wesentlich größer, 200-400 kpc (600-1200 Mio LJ) – Radius!

    Die Unsicherheit der Größe (Durchmesser) der galaktischen Scheibe ist wirklich 100.000 – 180.000 LJ.

  7. #7 Dampier
    1. Februar 2019

    Danke @Alderamin!

  8. #8 Oliver Jahn
    Dachau
    2. Februar 2019

    Danke für die Antworten, ich hätte nur nicht gedacht das der Unsicherheitsfaktor bei Größe / Durchmesser so immens groß ist.
    Danke @FF für die Links, aus dem RPI News Artikel geht ja hervor das der Durchmesser der Milchstrasse um mind. 50% größer ist wie zunächst angenommen (der Artikel ist schon von 2015, gehört habe ich davon jetzt aber zum ersten mal) Gehe ich Recht in der Annahme, dass dieser immense zuwachs an Größe (und daher logischerweise auch an Masse) trotzdem nicht das Drehverhalten der äußeren Sterne der Milchstrasse erklären kann ohne von dunkler Materie auszugehen? (Keine Sorge, ich will weder gegen die Existens der dunklen Materie noch gegen die Gravitation als Grundkraft auf großen Entfernungen trollen, dies ist nur eine offene Frage die ich mir als Konsequenz aus dem Größen-/Massenzuwachs stelle)

  9. #9 René
    2. Februar 2019

    @Oliver naja wir leben ja in einer durchschnittlichen Galaxy und die Sterne in nahezu allen anderen Galaxien die wir sehen bewegen sich in den äußeren Bereichen zu schnell. Schon das ist ein Argument für DM in unserer Galaxy.

  10. #10 Florian Freistetter
    2. Februar 2019

    Jetzt frage ich hier auch nochmal: Woher kommt das, unsere Milchstraße als “Galaxy” zu bezeichnen. Sie heißt “Milchstraße” bzw. handelt es sich um eine “Galaxie”. galaxy ist das englische Wort; kein deutscher Begriff. Ist mir normalerweise auch komplett egal, aber ich les das sehr oft und frage mich obs nen Grund dafür gibt. Man streut ja auch nicht wahllos “sun” in deutsche Texte ein, wenns um die Sonne geht oder “star”, wenn man von Sternen redet. Warum gerade bei Galaxien? Hat das irgendwelche popkulturellen Gründen (so wie zB bei der Sci-Fi-motivierten Sache, wo man “Sol” statt Sonne sagt und “Terra” statt Erde) die mir entgangen sind?

  11. #11 Alderamin
    2. Februar 2019

    @Florian

    Sie heißt “Milchstraße” bzw. handelt es sich um eine “Galaxie”.

    Wenn man unsere meint, kann man übrigens auch “Galaxis” (die Milchstraße) sagen, alle anderen sind Galaxien. “Galaxy” ist natürlich Englisch – vielleicht einfach beim Lesen englischer Texte als vermeintlich identische deutsche Schreibweise interpretiert?

  12. #12 Florian Freistetter
    2. Februar 2019

    @Alderamin: “Wenn man unsere meint, kann man übrigens auch “Galaxis” (die Milchstraße) sagen, alle anderen sind Galaxien.”

    Ich glaub, irgendwo hab ich schon mal was dazu geschrieben…

  13. #13 ronny
    3. Februar 2019

    Hallo,
    im Artikel steht einmal “da sind ja ein paar hundert Millionen von den Dingern” und weiter unten steht “Vermessung nur etwa eine Milliarde Sterne geschafft” . Das ist doch ein Widerspruch, welche Angabe stimmt den oder habe ich das irgendwie falsch verstanden?
    MfG Ronny

  14. #14 Dad
    Ruhrgebiet
    3. Februar 2019

    Vielleicht nicht korrigierter Autotext?
    Hab’s bei mir probiert. Wenn ich “Galax” schreibe, macht Autotext “Galaxy” draus. Wenn man “Galaxie” schreiben wollte, lassen viele das wohl so stehen.
    Ein Erklärungsversuch…

  15. #15 Alderamin
    3. Februar 2019

    @Dad

    Hab’s probiert, bei mir wird ab “Galax” “Galaxien” und, jawohl, “Galaxy” angeboten. Wobei letzteres vermutlich ein Handymodell bezeichnen soll…!

  16. #16 Dad
    Ruhrgebiet
    3. Februar 2019

    @Alderamin
    Das System lernt ja aus dem Gebrauch heraus.
    Du schreibst wohl öfter über Galaxien als über Handymodelle. Bei vielen anderen und wohl auch bei der Grundeinstellung des Systems ist vielleicht Galaxy der erste Vorschlag.

  17. #17 Pete
    3. Februar 2019

    @Florian,
    etwas ot: Sieh doch bitte mal im Archiv nach, mit Folge 313 scheint etwas nicht in Ordnung zu sein. Das *.mp3 ist nur ganze 162 Byte gross und so weit ist man mit der Datenkompression noch nicht 😉

    Pete

  18. #18 Alderamin
    3. Februar 2019

    @Dad

    Du schreibst wohl öfter über Galaxien als über Handymodelle.

    Aber nicht auf dem Handy. Und wenn, dann schreibe ich ganz sicher nicht “Galaxy”, wenn ich “Galaxie” meine. Mein Handy kennt “Marmorkuchen” und “Brötchen” vom häufigen Benutzen (weil ich zu Hause immer frage, ob ich die mitbringen soll), aber über Galaxien schreibe ich nur auf dem Computer; das Handy ist übrigens ein iPhone.

  19. #19 PDP10
    4. Februar 2019

    “Marmorkuchen, Brötchen, Galaxien” …

    Wenn das nicht mal ein guter Buchtitel ist!

    @Alderamin, übernehmen Sie!

    😉

  20. #20 Bullet
    4. Februar 2019

    @ronny:
    wahrscheinlich sollte das erste “ein paar hundert Milliarden” heißen. Das wäre dann widerspruchsfrei und eine gute Näherung obendrein.

  21. #21 Bullet
    4. Februar 2019

    @Florian:

    Jetzt frage ich hier auch nochmal: Woher kommt das, unsere Milchstraße als “Galaxy” zu bezeichnen

    Ich hab ja das Gefühl, daß das immer der/dieselbe Nutzer/in ist.

  22. #22 René
    4. Februar 2019

    Tut mir Leid wegen Galaxy/Galaxie. Das hat auch nix mit der Autokorrektur zu tun. Dieser Fehler passiert mir tatsächlich häufiger und meist fällt es mir erst auf, wenn ich den Beitrag abgeschickt habe. Mea culpa. Ich werd mich bessern.

  23. #23 Florian Freistetter
    4. Februar 2019

    @René: Das war nicht als Kritik gemeint – mich hat nur interesssiert, wo das her kommt.

  24. #24 Michael
    Schwetzingen
    4. Februar 2019

    Laut Wiki ca 100 bis 300 Milliarden Sterne….

  25. #25 Alderamin
    10. Februar 2019

    Ha, die Milchstraße ist sogar noch größer:

    200.000 LJ Durchmesser.

    Andromeda gewinnt trotzdem (knapp).