Die Evolution der Galaxien

In einer Spiralgalaxie wie der Milchstraße rotieren die Sterne auf individuellen Bahnen um das Gravitationszentrum der Galaxie. Da die äußeren Sterne langsamer rotieren als die inneren, wäre die Spiralstruktur nach wenigen Umläufen zerstört, wenn sie nicht durch einen anderen Mechanismus stabilisiert würde. Die Spiralarme sind der sichtbare Teil einer Dichtewelle in der umlaufenden Gas- und Materiewolke. Da die Sterne und die interstellare Materie eine höhere Geschwindigkeit als die Dichtewelle haben, entsteht eine Stoßfront, in der günstige Bedingungen für die Entstehung sehr massereicher, blauweißer Sterne vorhanden sind, die sehr schnell alle Stadien der Sternentwicklung durchlaufen und als Supernova enden und den Großteil ihrer Masse wieder in den interstellaren Raum entlassen und mit ihrer Explosion die Stoßwelle verstärken. Auf diese weise regenerieren sich die Spiralarme immer wieder von selbst. Dabei ist die Materiedichte in den Spiralarmen nur unwesentlich höher als in der übrigen Scheibe, die Spiralarme treten nur durch die hohe Leuchtkraft der kurzlebigen Sterne in Erscheinung, die sich am inneren (hinteren) Rand des Spiralarmes bilden. Während der Umlauf eines Sternes um das Zentrum der Galaxie 100 Millionen Jahre dauert, lebt ein typischer Stern mit 25 Sonnenmassen nur etwa 8 Millionen Jahre.

Der Prozeß wird durch eine Supernova - Explosion in jungen Sternhaufen mit dichten insterstellaren Gaswolken in Gang gesetzt. Die Spiralarme verstärken sich beim Zusammenstoß solcher Sternhaufen mit einer jungen Spiralgalaxie.

Durch die ständige Erneuerung der interstellaren Gaswolke durch Supernova - Explosionen reichern sich in den ursprünglich nur aus Wasserstoff und Helium bestehenden Gaswolken der Spiralarme Kohlenstoff, Wasser und komplexe organische Moleküle an, weil durch solche Substanzen die Abkühlung der kondensierenden Gaswolken durch Abstrahlung infraroten Lichtes gefördert und die Sternbildung beschleunigt wird. Diese Abkühlung der kondensierenden Gaswolken ist für die Entstehung der Sterne ganz wesentlich. Der Prozess zeigt ein selbstregelndes Verhalten  mit einer über Milliarden von Jahren gleichbleibenden Intensität. Da Kohlenstoffkerne nur in Sternen durch Kernfusionsprozesse entstehen konnten, nimmt man heute an, dass die ersten Sterne bereits in der etwa 100 Millionen Jahre nach dem Urknall existierenden dichten Helium-Wasserstoff-Masse kondensierten und den ersten Kohlenstoff erzeugten, der für die spätere Sternbildung in den Galaxien notwendig war. (Smolin)

Mit der Verdünnung der interstellaren Wolken in den Spiralarmen alter Spiralgalaxien lassen die Sternbildungsprozesse nach und die Galaxie entwickelt sich zu einer Balkengalaxie. Durch Zusammenstoß der interstellaren Gaswolken von zwei Spiralgalaxien werden zunächst die Sternbildung sehr massereicher und kurzlebiger Sterne gefördert, die Spiralstruktur der Galaxien wird zerstört und es tritt eine Verarmung an insterstellarer Materie auf. Die Galaxien vereinigen sich zu einer elliptischen Galaxie, die bei Zusammenstößen mit anderen Galaxien immer weiter wächst und in der nur noch langlebige Sterne mit rötlicheren Spektren und schwarze Löcher übrigbleiben, die wegen fehlender interstellarer Materie keinerlei Aktivität mehr zeigen, während die kurz nach dem Urknall entstandenen Schwarzen Löcher in den fernsten Galaxien mit noch sehr viel interstellarer Materie als Quasare sehr aktiv sind.

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