Sternhaufen: Die Gemeinschaft der Sterne

Im Jahr 1609 machte ein Astronom die bahnbrechende Entdeckung, dass die Milchstraße kein wolkiges Lichtband, sondern eine Ansammlung unzähliger Sterne ist. Dieser Astronom – der später die Grundlagen der modernen Physik und Astronomie legen sollte – war Galileo Galilei. Mithilfe von Teleskopen, die er selbst baute und verbesserte, beobachtete er, dass die Milchstraße die Seitenansicht unserer Galaxie von der Erde aus ist.

Mehr als 400 Jahre sind seitdem vergangen. Dank der Fortschritte in der Astrophysik und der Entdeckung unzähliger Himmelskörper kann die Menschheit heute weit über unser Sonnensystem hinaus in ein riesiges, dynamisches und scheinbar unendliches Universum blicken.

Unsere Adresse im Universum

So wie sich Menschen zu Gesellschaften zusammenschließen, gruppieren sich auch Sterne. Die grundlegendste Einheit dieser kosmischen Gemeinschaft ist die Galaxie – ein massives System aus Sternen, Sternhaufen, Nebeln und Dunkler Materie. Eine typische Galaxie enthält etwa 200 Milliarden Sterne, wobei die Anzahl stark variieren kann: Zwerggalaxien können mehrere zehn Millionen Sterne enthalten, während Riesengalaxien Billionen beherbergen können.

Galaxien werden im Allgemeinen nach ihrer Form klassifiziert: Spiralgalaxien, elliptische Galaxien oder irreguläre Galaxien. Unsere Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie, die sich durch eine balkenförmige Struktur in ihrem Zentrum auszeichnet. Sie besteht aus einer Scheibe, einem Bulge¹ und einem Halo². Junge Sterne sind entlang der Spiralarme der Scheibe zahlreich vorhanden, da sich dort Gas und Staub konzentrieren, die für die Sternentstehung notwendig sind.

1. Bulge: Die aufgeblähte zentrale Region der Galaxienscheibe, dicht mit Sternen gefüllt.

2. Halo: Eine kugelförmige Region, die die Scheibe umgibt und aus Sternen und Dunkler Materie besteht.

Noch vor etwas mehr als einem Jahrhundert glaubte man, die Milchstraße sei das gesamte Universum. Als Astronomen jedoch bestätigten, dass die Andromeda-Galaxie außerhalb der Milchstraße liegt, stellte sich heraus, dass viele andere Objekte, die man zuvor für Nebel gehalten hatte, ebenfalls Galaxien sind. Die Milchstraße entpuppte sich als nur eine von unzähligen Galaxien. Was also liegt jenseits von ihr?

Galaxien, die selbst riesige Ansammlungen von Sternen sind, ordnen sich zu noch größeren Strukturen an: Galaxiengruppen und Galaxienhaufen. Eine kleine Gruppe von Dutzenden Galaxien wird als Galaxiengruppe bezeichnet, während eine große Ansammlung von Hunderten oder Tausenden von Galaxien als Galaxienhaufen bekannt ist. Die Milchstraße gehört zusammen mit der Andromedagalaxie, der Dreiecksgalaxie und etwa 50 weiteren Galaxien zur Lokalen Gruppe.

Doch die Hierarchie endet hier nicht. Galaxiengruppen und -haufen schließen sich zu Superhaufen zusammen. Die Lokale Gruppe ist Teil des Virgo-Superhaufens, der mindestens 100 Galaxiengruppen und -haufen umfasst. Der Virgo-Superhaufen wiederum ist Bestandteil des Laniakea-Superhaufens – ein hawaiianischer Begriff, der „unermesslicher Himmel“ bedeutet.

Aufgrund der Schwerkraft neigen Galaxien dazu, sich zu sammeln, anstatt sich gleichmäßig im Raum zu verteilen. Diese Häufung bildet dichte Regionen und riesige leere Bereiche und erzeugt so eine blasenartige Struktur auf den größten kosmischen Skalen. Diese Struktur repräsentiert jedoch nur das, was die aktuelle Technologie erfassen kann – Wissenschaftler gehen davon aus, dass jenseits der Grenzen unseres beobachtbaren Universums noch viel mehr existiert.

Innerhalb der gewaltigen kosmischen Struktur – im Laniakea-Superhaufen, im Virgo-Superhaufen und in der Lokalen Gruppe – liegt die Milchstraße. Und irgendwo auf dem dritten Planeten von der Sonne, in einem Sonnensystem etwa 26.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxie entfernt, befindet sich unser Standort im Universum.

Ein unermesslicher Raum, eine Welt der Unendlichkeit

Im Mai 2019 veröffentlichte das Space Telescope Science Institute (STScI) ein atemberaubendes Bild, das aus 16 Jahren Daten des Hubble-Weltraumteleskops erstellt wurde und erstaunliche 265.000 Galaxien zeigt. Obwohl das Bild einen immensen Raumabschnitt erfasst, ist seine Größe im Vergleich zum Vollmond von der Erde aus nicht größer. Diese kleine, aber außergewöhnliche Momentaufnahme diente als eindrucksvolle Erinnerung an die wahrhaft unermessliche Dimension des Universums.

Bis vor Kurzem gingen Wissenschaftler davon aus, dass das Universum rund 200 Milliarden Galaxien enthält. Doch 2016 verkündeten Forscher der Universität Nottingham in Großbritannien, dass die tatsächliche Zahl möglicherweise zehnmal höher liegt. Ihren Erkenntnissen zufolge sind über 90 Prozent der geschätzten zwei Billionen Galaxien im Universum zu weit entfernt oder zu lichtschwach, um selbst mit modernsten Teleskopen beobachtet zu werden. Verglichen mit diesem gigantischen Kosmos sind Menschen kleiner als Staub – vielleicht sogar kleiner als Atome. Deshalb ist es nahezu unmöglich, Sterne und den Weltraum mit vertrauten Einheiten wie Metern zu beschreiben.

Stattdessen messen Astronomen das Universum mithilfe von Galaxien und Lichtjahren. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das schnellste bekannte Objekt – das Licht – im Vakuum in einem Jahr zurücklegt. Zum Vergleich: Licht bewegt sich mit 300.000 Kilometern pro Sekunde, schnell genug, um die Erde in nur einer Sekunde siebeneinhalb Mal zu umrunden. Multipliziert man diese Geschwindigkeit mit 60 Sekunden, 60 Minuten, 24 Stunden und 365 Tagen, erhält man ein Lichtjahr: etwa 9,5 Billionen Kilometer, was etwa 19,7 Milliarden Reisen von New York nach Los Angeles oder rund 63.000 Hin- und Rückflügen zwischen Erde und Sonne entspricht.

Mit diesem kosmischen Maßstab können wir beginnen, die Dimensionen unserer Galaxie und das, was jenseits davon liegt, zu verstehen. Die Milchstraße hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren und enthält 200 bis 400 Milliarden Sterne. Der Abstand zwischen ihren Spiralarmen beträgt etwa 5.000 Lichtjahre, ihre durchschnittliche Dicke rund 2.000 Lichtjahre. Die Sonne umkreist das Zentrum der Milchstraße mit einer Geschwindigkeit von 220 Kilometern pro Sekunde und benötigt 230 Millionen Jahre für einen Umlauf – ein galaktisches Jahr. Die Sonne existiert seit etwa 4,7 Milliarden Jahren und hat ihre galaktische Umlaufbahn etwa 20 Mal durchlaufen. Gemessen am „galaktischen Alter“ ist sie gerade einmal 20 Jahre alt.

Die größte bekannte Galaxie außerhalb unserer eigenen ist IC 1101, die mehr als eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Man schätzt, dass sie mehr als 2.000-mal so viele Sterne wie die Milchstraße enthält und einen Durchmesser zwischen 4 und 6 Millionen Lichtjahren hat. Zum Vergleich:

• Der Durchmesser der Lokalen Gruppe beträgt etwa 6 Millionen Lichtjahre.

• Der Durchmesser des Virgo-Galaxienhaufens beträgt etwa 110 Millionen Lichtjahre.

• Der Durchmesser des Laniakea-Superhaufens – Heimat von etwa 100.000 Galaxien, darunter die Milchstraße – beträgt über 500 Millionen Lichtjahre.

Im Gegensatz dazu beträgt der Durchmesser des beobachtbaren Universums etwa 94 Milliarden Lichtjahre. Das bedeutet, dass das Licht von der Erde aus 47 Milliarden Jahre bräuchte, um einen Rand dessen zu erreichen, was wir derzeit beobachten können.

Sternhaufen in Bewegung: Begegnungen, Kollisionen und Entwicklung

So wie Menschen sich innerhalb sozialer Gruppen annähern oder voneinander entfernen und dadurch ihren Lebensweg prägen, gruppieren sich auch die Sterne im Universum in strukturierten Clustern, anstatt sich zufällig zu verteilen. Innerhalb von Galaxiengruppen nähern sich benachbarte Galaxien häufig an und kollidieren unter dem Einfluss der Gravitation. Wenn massereiche Galaxien interagieren, können Gezeitenkräfte³, die durch Unterschiede in ihren Gravitationsfeldern⁴ entstehen, ihre Formen dehnen und verzerren und sie manchmal sogar vollständig umgestalten.

3. Gezeitenkraft: Die unterschiedliche Gravitationskraft, die auf verschiedene Teile eines Himmelskörpers wirkt. Gezeitenkräfte erzeugen auf der Erde durch Mond und Sonne die Gezeiten, und bei Galaxieninteraktionen können sie Galaxien dehnen oder verzerren.

4. Gravitationsfeld: Der Bereich um eine Masse, in dem ihr Gravitationseinfluss spürbar ist. Jedes Objekt innerhalb dieses Bereichs erfährt die Gravitationskraft der Masse.

Galaxienbegegnungen können vielfältige Formen annehmen. Manche Galaxien streifen einander nur, andere kollidieren frontal. Kleinere Galaxien können von größeren absorbiert werden. Wenn Galaxien aneinander vorbeiziehen, können sich ihre Formen dehnen oder in Balken, Ringe, Brücken oder lange Gezeitenschweife aufbrechen. Kollidieren zwei Galaxien mit hoher Geschwindigkeit, können sie sich mit nur geringen Verzerrungen durchdringen. Und wenn zwei oder mehr Spiralgalaxien verschmelzen, können sie sich in eine völlig neue Struktur verwandeln – eine riesige elliptische Galaxie. Bemerkenswerterweise kollidieren die Sterne selbst selbst bei diesen dramatischen Ereignissen fast nie, da die Entfernungen zwischen ihnen so enorm sind.

Diese kosmischen Tänze in Zeitlupe – die sich über Hunderte von Millionen Jahren abspielen – sind geheimnisvoll und faszinierend zugleich. Kollisionen können Gas- und Staubwolken austauschen, die Zentren von Galaxien mit strahlendem Licht erleuchten oder explosive Wellen der Sternentstehung auslösen. Eine Galaxie, die keine Sterne mehr bildet und nur noch alternde Sternenreste enthält, kann durch eine solche Begegnung wiederbelebt werden. Die Milchstraße selbst entstand durch die Aufnahme vieler Zwerggalaxien – und noch heute befinden sich etwa 1 % der Galaxien im Universum in der Verschmelzung.

Die Andromeda-Galaxie liegt 2,2 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt und ist damit, kosmisch betrachtet, praktisch unser Nachbar. Ebenso teilen wir Menschen, obwohl wir an verschiedenen Orten und unter unterschiedlichen Umständen leben, letztendlich eine gemeinsame Gemeinschaft – unseren Heimatplaneten Erde.

Auf dieser winzigen Welt erlebt die Menschheit unzählige Konflikte von Interessen, Wünschen und Lebensumständen. Dennoch herrscht eine unsichtbare Ordnung. Auch im unermesslichen Universum folgen die Himmelskörper, die den Kosmos schmücken, ihrer eigenen einzigartigen Struktur und Ordnung. Seit der Entstehung des Kosmos haben die unaufhörlichen Zyklen der Sternentstehung und der galaktischen Wechselwirkung das Wachstum der Galaxien geprägt und das Universum in ein Reich von sich ständig wandelnder Schönheit verwandelt. Und heute stehen wir inmitten dieser außergewöhnlichen kosmischen Ordnung und sind Zeugen ihrer Erhabenheit.

Er spricht zur Sonne, so geht sie nicht auf, und versiegelt die Sterne. Er allein breitet den Himmel aus und geht auf den Wogen des Meers. Er macht den Wagen am Himmel und den Orion und das Siebengestirn und die Sterne des Südens. Er tut große Dinge, die nicht zu erforschen, und Wunder, die nicht zu zählen sind.  Hiob 9,7-10

Er zählt die Sterne und nennt sie alle mit Namen. Ps 147,4