Die bisher entdeckten Galaxien bieten eine Vielfalt an Farben, Formen und Größen. Da liegt eine mindestens ebenso komplexe Entstehungsgeschichte doch auf der Hand. Umso mehr erstaunt, dass ihre Struktur angeblich nur durch einen einzigen Faktor festgelegt wird.
Es war einmal vor 13,7 Milliarden Jahren. Raum und Zeit wurden mit dem Urknall ins Leben katapultiert, mit ihnen Materie und die Kräfte dazwischen. Alles waberte wild durcheinander, zugleich war es unvorstellbar heiß und dicht. Hunderttausende von Jahren verstrichen, in denen das Universum ein einziges homogenes Chaos war.
Während es stetig expandierte, kühlte es jedoch langsam ab und beruhigte sich allmählich. Winzige Fluktuationen in der Materiedichte wuchsen nun angetrieben durch die Gravitationskraft weiter an. Schließlich kollabierten die lockeren Ansammlungen aus Dunkler Materie und rund zehnmal weniger gewöhnlichem Gas zu massereichen Halos, trieben durch den Raum, stießen gelegentlich zusammen und vereinten sich zu größeren Strukturen.
Alles begann mit dem Urknall | Der Standardtheorie der Kosmologie zufolge hat unser Universum seinen Ursprung im Urknall. Er markiert den Beginn von Zeit und Raum. Im abkühlenden All bildeten sich nach und nach die bekannten Elementarteilchen und schließlich Sterne, Galaxien sowie alle anderen astronomischen Objekte.
Während die Dunkle Materie ihren Kollaps stoppte, fiel die gewöhnliche Materie weiter gen Zentrum – zu einem vollständigen Zusammensturz kam es allerdings nicht: Das Gas besaß einen rettenden Drehimpuls, welcher der Gravitationskraft letztlich entgegenwirkte. Allein lokale Instabilitäten ließen den Nebel an manchen Stellen weiter verdichten, und so entstanden endlich die ersten Sterne.
Auch in diesem Stadium kam es immer wieder zu Kollisionen, in denen die Galaxienvorläufer verschmolzen. Andererseits gelangten diffuses Gas oder kleine Zwerggalaxien in den Einflussbereich eines Sternsystems und wurden vereinnahmt. Selbst heute lichten Astronomen ab und an noch solche Ereignisse ab – in der Frühzeit des Universums waren sie allerdings viel häufiger.
Vor rund 30 Jahren kam diese Geschichte der Galaxienentstehung erstmals auf. Das hierarchische Modell, wie es heißt, erklärt viele Beobachtungen – wie beispielsweise die Verteilung der Galaxien oder die Häufigkeit bestimmter Typen. Das zumindest legen Computersimulationen nahe, die zwar auf dieser Theorie basieren, die komplexe Situation aber letztlich stark vereinfacht darstellen. Doch auch wenn einige Details noch nicht ganz ins Bild passen, sind Wissenschaftler eigentlich recht überzeugt davon, auf dem richtigen Weg zu sein.
Sternenringe um die Galaxis | Um die Milchstraße lassen sich Sternströme beobachten, die vermutlich von ursprünglich eigenständigen Zwerggalaxien herrühren: Von der Gravitation unserer Galaxis angezogen, wurden sie durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen.
Im Rahmen dieser ordnungslosen Entstehungstheorie sollten sich die Systeme abhängig etwa von ihrer Masse, Größe oder ihrem Drehimpuls und natürlich der Umgebung in sehr unterschiedlicher Weise entwickelt haben. Doch womöglich ist das Universum manchmal einfacher, als man denken mag. Das zumindest legen die Analysen von Michael Disney von der Cardiff University und seinen Kollegen nahe.
Sie spürten 200 Galaxien anhand der von Wasserstoffgas emittierten Radiostrahlung auf. Erst dann untersuchten sie ihre Funde auch im optischen Bereich. Auf diese Weise lassen sich Auswahleffekte vermeiden, berichten die Forscher, da auch schwach sichtbare Systeme aufgespürt werden. So hatten sie also ein buntes Potpourri: orange und blaue Exemplare, winzige Zwerge und wahre Giganten, geordnete Spiralgalaxien und konfuse Sternansammlungen.
Bei jedem Probanden bestimmten die Astronomen eine Reihe von Parametern, wie etwa den Gehalt an Wasserstoffgas, die Schieflage bezüglich der Sichtlinie oder die optische Helligkeit in verschiedenen Frequenzbereichen. Um den Datenhaufen zu strukturieren, schauten Disney und sein Team, welche Faktoren sich durch andere beschreiben lassen. Die sechs unabhängigen Parameter, mittels derer sie die Galaxien charakterisierten, sind danach miteinander korreliert. Vier der fünf gefundenen Korrelationen waren bereits bekannt, schreiben die Wissenschaftler.
Galaxienvielfalt | Das Bild zeigt eine Auswahl der Galaxien, die das Team um Michael Disney untersuchte: Gelbe Galaxien bestehen meist aus alten Sternen – älter als unsere Sonne. Blaue Flecken kennzeichnen Gruppen von jungen, leuchtkräftigen Sternen.
Was sie aber viel mehr erstaunte: Trotz der oberflächlichen Unterschiede der Galaxien reguliert anscheinend nur ein einziger Faktor ihre Evolution entscheidend. Auch wenn dieser Parameter mit den vorhandenen Daten noch nicht identifiziert werden konnte, deutet seine Existenz auf ein viel einfacheres Entstehungsmodell hin. Der hohe Grad an Organisation sei jedenfalls nicht vereinbar mit der bisherigen Theorie.
Auch vorangegangene Arbeiten hatten versucht, die Zahl der entscheidenden Charaktermerkmale von Galaxien zu minimieren. Sechs Beobachtungsgrößen ließen sich dabei im besten Fall auf zwei reduzieren. Möglicherweise läge das daran, spekulieren Disney und Forscherkollegen, dass die Astronomen bislang nur wenige ausgewählte Spiralgalaxien begutachteten – allesamt im optischen Bereich entdeckt. Anders als bei den nun umfassenden Proben schlossen die vorangegangenen Untersuchungen sehr düstere Vertreter also von vornherein aus. Auf diese Weise blieb die Einfachheit der Sternsysteme vielleicht einfach verborgen.
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