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Sternengeschichten Folge 685: Die dicken und die dünnen Scheiben der Galaxien

Bei einer "dicken Scheibe" denkt man vermutlich zuerst an das, was man sich von einem Kuchen abschneiden möchte und die dünne Scheibe ist das, was man sich dann auf den Teller legt, wenn man zu viele dicke Scheiben gegessen hat. Aber in dieser Folge geht es heute natürlich nicht ums Essen. Es geht um Galaxien und darum, wie sie aufgebaut sind. Und vor allem geht es darum, was wir aus diesem Aufbau über die Entstehung und Entwicklung der Galaxien lernen können.

Die Sonne ist Teil der Milchstraße, einer Galaxie die aus ein paar hundert Milliarden Sternen besteht und bei der es sich um eine sogenannte "Spiralgalaxie" handelt. Ich habe in den vergangenen Folgen immer wieder über die verschiedenen Arten von Galaxien gesprochen und bei den Spiralgalaxien meistens erklärt, dass man dort zwei hauptsächliche Komponenten unterscheiden kann. Einerseits eine kugelförmige Zentralregion die dicht mit Sternen besetzt ist, den sogenannten "Bulge". Dieser Bulge befindet sich inmitten einer großen Scheibe aus Sternen, die sich dort spiralförmig anordnen und weniger dicht beieinander stehen als im Bulge. Und das ist auch richtig - aber wie so oft ist es nicht das komplette Bild. Aber das haben wir erst gemerkt, als wir uns die Spiralgalaxien ganz genau angesehen haben.

Normalerweise ist das, was ich vorhin gerade gesagt habe, auch genau das, was man sehen kann, wenn man Aufnahmen von fernen Spiralgalaxien macht. Man sieht eine Scheibe mit Spiralarmen und ein helles Zentrum. Im Jahr 1979 hat dann aber der amerikanische Astronom David Burstein eine Arbeit über die Helligkeitsverteilung in lentikulären Galaxien veröffentlicht. Was lentikuläre Galaxien sind, habe ich in Folge 591 ausführlich erklärt; ist aber jetzt auch gar nicht so relevant. Viel wichtiger ist, dass sich Burstein mit der vertikalen Helligkeitsverteilung beschäftigt hat, auch wenn das vielleicht eher ein klein wenig öde klingt anstatt wichtig. Aber im Prinzip geht es um folgendes: Wenn wir ferne Galaxien untersuchen, dann können wir dort nur in ganz seltenen Fällen tatsächlich einzelne Sterne sehen. Das geht nur bei unseren nächsten Nachbargalaxien; von allen anderen sehen wir nur eine leuchtende, scheibenförmige Struktur. Aber wir sind natürlich trotzdem an den Details zum Aufbau der Galaxie interessiert. Der genaue Prozess um das zu erreichen, ist selbstverständlich sehr komplex und aufwendig, aber kurz gesagt, läuft es so: Man misst die Helligkeit der Galaxie, aber nicht im Ganzen, sondern in verschiedenen Bereichen. Man kann zum Beispiel Linien gleicher Helligkeit bestimmen; ein wenig so wie man es in der Meteorologie mit Temperatur und Luftdruck macht. Dann kann man auf den Landkarten Isothermen und Isobaren einzeichnen; in der Astronomie sind dass dann dementsprechend Isophoten. Aber die Bezeichnungen sind auch gar nicht so wichtig. Man verbindet die Punkte gleicher Helligkeit und dann kriegt man zum Beispiel eine Kurve, die das Zentrum der Galaxie umschließt, wo sich der dicht mit Sternen besetzte und damit auch sehr helle Bulge befindet. Außerhalb dieser Kurve ist es dann weniger hell, dh. dort müssen auch weniger Sterne sein, noch weiter außerhalb ist es noch weniger hell, und so weiter. Aus den Details der Struktur der Isophoten kann man dann ableiten, wie viele Sterne sich in welchem Abstand vom Zentrum befinden müssen und die Struktur der Galaxie selbst rekonstruieren.

David Burstein hat 1979 Galaxien untersucht, die wir "edge-on" sehen. Das heißt, von uns aus gesehen blicken wir genau auf die Kante der Scheibe. Wir sehen also keine Spiralarme - dafür müssten wir mehr von "oben" auf die Scheibe schauen. Aber Burstein wollte wissen, wie dick die Scheiben sind und hat dafür genau die Helligkeitsmessungen gemacht, die ich gerade erklärt habe und dann probiert, daraus mit Modellen abzuleiten, wie groß Scheibe und Bulge sind. Dabei hat Bur