Warum haben Galaxien Spiralarme? Wissenschaftler suchen noch immer nach der Antwort

    Beobachtungen mit dem Euclid-Teleskop helfen Astronomen dabei, zu verstehen, wie sich die Spiralarme von Galaxien bilden und entwickeln.

    Wir wissen immer noch nicht genau, wie sich Spiralarme in Galaxien bilden, und neue Beobachtungen des Euclid-Teleskops helfen den Wissenschaftlern dabei, die Antwort darauf zu finden. Bildquelle: NASA
    Wir wissen immer noch nicht genau, wie sich Spiralarme in Galaxien bilden, und neue Beobachtungen des Euclid-Teleskops helfen den Wissenschaftlern dabei, die Antwort darauf zu finden. Bildquelle: NASA

    Wenn wir an eine Galaxie denken, kommt uns meist das Bild einer Scheibe mit klar abgegrenzten Spiralarmen in den Sinn. Diese Strukturen gehören zu den auffälligsten Merkmalen von Spiralgalaxien und enthalten einen Großteil ihres Gases, Staubs und ihrer Sternentstehungsgebiete.

    Die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie mit mehreren Armen, die von ihrem Zentrum ausgehen. Unser Sonnensystem befindet sich in einem dieser Arme, weshalb wir die vollständige Spiralstruktur der Galaxie nicht beobachten können. In Gebieten mit geringer Lichtverschmutzung ist es jedoch möglich, einen Teil unseres Spiralarms zu sehen, der sich über den Nachthimmel erstreckt.

    Obwohl Spiralarme im gesamten Universum äußerst häufig vorkommen, ist ihr Ursprung nach wie vor unbekannt. Eine neue Studie, die auf Beobachtungen des Weltraumteleskops „Euclid“ basiert, soll diese Frage beantworten, indem sie den Zusammenhang zwischen der Anzahl der Spiralarme, der galaktischen Masse und der Sternkonzentration untersucht.

    Spiralarme

    Spiralarme sind gekrümmte Strukturen, die sich vom zentralen Bereich von Spiralgalaxien nach außen erstrecken und so das bekannte Muster bilden, das in Systemen wie der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie zu beobachten ist. Sie bestehen aus dichten Ansammlungen von Sternen, interstellarem Gas und Staub sowie aktiven Sternentstehungsgebieten.

    Spiralarme sind gekrümmte Strukturen, die sich vom zentralen Bereich von Spiralgalaxien nach außen erstrecken und so das bekannte Muster bilden, das in Systemen wie der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie zu beobachten ist. Sie bestehen aus dichten Ansammlungen von Sternen, interstellarem Gas und Staub sowie aktiven Sternentstehungsgebieten.

    Diese Strukturen gehören zu den charakteristischen Merkmalen von Spiralgalaxien und spielen eine wichtige Rolle für deren Gesamtstruktur. Junge Sterne konzentrieren sich in den Spiralarmen, während ältere Sterne auf ihrer Umlaufbahn um die Galaxie ebenfalls diese Regionen durchqueren.

    Sie umkreisen das Schwarze Loch nicht

    Obwohl oft behauptet wird, dass die Spiralarme das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie „umkreisen“, ist dies nicht korrekt. Die Sterne, das Gas und der Staub umkreisen den Massenschwerpunkt der Galaxie, der in erster Linie durch die Verteilung der sichtbaren Materie und der Dunklen Materie bestimmt wird.

    Spiralarme sind Bereiche, in denen die Dichte von Sternen, Gas und Staub deutlich höher ist. Das macht sie zu wahren Sternenkinderstuben, in denen neue Sterne entstehen. Bildquelle: NASA
    Spiralarme sind Bereiche, in denen die Dichte von Sternen, Gas und Staub deutlich höher ist. Das macht sie zu wahren Sternenkinderstuben, in denen neue Sterne entstehen. Bildquelle: NASA

    Wären Spiralarme materielle Strukturen, die sich gemeinsam mit den Sternen um das zentrale Schwarze Loch drehen, würden sie aufgrund der Differentialrotation der Galaxie irgendwann verschwinden. Die inneren Bereiche der galaktischen Scheibe umkreisen das Zentrum viel schneller als die äußeren Bereiche.

    Spiralarme verstehen

    Um den Ursprung von Spiralarmen zu untersuchen, analysierten die Forscher mehr als 380.000 Galaxien, die vom Euclid-Weltraumteleskop beobachtet wurden. Neben der Anzahl der Spiralarme enthielt der Datensatz Informationen zur Sternmasse, zur Sternkonzentration und zur Sternentstehungsrate.

    Die Ergebnisse zeigten, dass zwischen 60 % und 70 % der Spiralgalaxien zwei Hauptarme haben, 15 % bis 20 % drei Arme und nur etwa 1 % einen einzigen Spiralarm. Galaxien mit größeren zentralen Bulges, wie beispielsweise die Milchstraße, weisen in der Regel zwei dominante Spiralarme auf.

    Wie entstehen sie?

    Auch wenn die Studie den Ursprung der Spiralarme nicht erklärt, liefert sie doch Hinweise darauf, dass ihre Struktur mit der Verteilung der Masse, einschließlich der Dunklen Materie, zusammenhängt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anzahl der Spiralarme als indirekter Indikator für die Materiekonzentration dienen könnte.

    Auch die Milchstraße hat Spiralarme. An Orten mit geringer Lichtverschmutzung lässt sich einer davon als helles Band erkennen, das sich über den Nachthimmel erstreckt. Bildquelle: Cosmic Pursuits
    Auch die Milchstraße hat Spiralarme. An Orten mit geringer Lichtverschmutzung lässt sich einer davon als helles Band erkennen, das sich über den Nachthimmel erstreckt. Bildquelle: Cosmic Pursuits

    Die Forscher fanden zudem Hinweise darauf, dass massereichere Galaxien tendenziell langlebige, zweiarmige Spiralstrukturen beibehalten, während Galaxien mit drei Spiralarmen möglicherweise vorübergehende oder wiederkehrende Strukturen darstellen.

    Artikelreferenz

    Smith et al. (2026). Galaxy Spiral Arm Count versus Concentration and Mass: A First Look with Euclid.