Wie entstehen Spiralarme?

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3 Antworten

Hallo,

spiralförmige Galaxien entstehen aus sogenannten protogalaktischen Wolken, die eine Rotation aufweisen und die nicht so dicht sind, als daß der Großteil der Sternentwicklung bereits zu Beginn abgeschlossen wäre.

Aus dichten und langsam rotierenden protogalaktischen Wolken entstehen in der Regel elliptische Galaxien, aus den anderen Spiralgalaxien.

Für die Ausbildung einer Spiralgalaxie sind mehrere Faktoren verantwortlich.

Zum einen natürlich die Tatsache, daß die Rotationsgeschwindigkeit im Inneren höher ist als außen. Zum anderen wird ihre Form durch Kollisionen mit anderen Galaxien beeinflußt, die besonders oft dort vorkommen, wo Galaxien dichter zusammen stehen, in Galaxienhaufen nämlich.

Tatsächlich hat man aber festgestellt, daß die Bahngeschwindigkeit von Sonnen, die sich an den äußeren Rändern von Spiralgalaxien aufhalten, wesentlich höher sind als bei einer Konzentration der Galaxienmasse im Zentrum zu erwarten wäre. Man vermutet den Einfluß dunkler Materie, die Ursache dafür ist, daß sich mehr als zehnmal so viel Masse in den Außenbereichen einer Galaxie als im Zentrum befindet. Sie würde also dafür sorgen, daß die Spiralform viel länger erhalten bleibt als zu vermuten wäre, weil auch die äußeren Sonnen mit den inneren mehr oder weniger Schritt halten können.

Eine Spiralgalaxie weist also völlig andere Bahngeschwindigkeiten auf als unser Sonnensystem auf, in dem fast die gesamte Masse im Zentrum konzentriert ist und sich deshalb die äußeren Planeten wesentlich langsamer als die inneren bewegen.

Herzliche Grüße,

Willy

Also, so wie ich es gesagt hab?

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@Emmalarley

Ob aus einer Supernova gleich ein ganzer Spiralarm entsteht, bezweifle ich doch. Schließlich gibt die nicht mehr also die Materie einer - wenn auch großen - Sonne her.

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@Emmalarley

Supernovae sind recht selten und es kommt letztlich keine neue Masse hinzu.

Im wesentlichen entstehen die Spiralgalaxien aus der Materie, die schon in der protogalaktischen Wolke vorhanden war, gepaart mit dem Drehimpuls und dem Einfluß der dunklen Materie, der die Spiralform auf lange Zeit stabil hält. Verzerrungen finden bei Kollisionen mit anderen Galaxien statt. 

Gravitation geht einmal in Richtung Kern, wo möglicherweise ein schwarzes Loch existiert, andererseits in Richtung des sogenannten Halos, wo dunkle Materie vermutet wird. 

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@Willy1729

Der Kern ist also ein schwarzes Loch und die Halos bestehen aus dunkler Materie? Und die Spiralarme können aber auch durch Supernovae entstehen? Also jetzt nicht nur, aber ein Teil?

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Hey,

die Entstehung und Aufrechterhaltung von Spiralstrukturen in Galaxien wird mithilfe der Dichtewellentheorie erklärt. Im Grunde reicht ein überschaubares Maß an Störungstheorie um sich vor Augen zu führen, wie es zur Ausbildung dieser Strukturen kommt.

Zunächst ist wichtig zu wissen, dass die Spiralarme in Galaxien Gebiete darstellen, in denen das Gravitationspotenzial im Vergleich zur Umgebung erhöht ist. Spiralarme sind Bereiche erhöhter Materiedichte, zwischen dem weitestgehend leeren interstellaren Raum. 

Legt man gedanklich eine Welle, die sich bekanntlich aus Wellenbergen (Maxima) und Wellentälern (Minima) zusammensetzt, über eine galaktische Scheibe, so wird man beobachten, dass gewisse Bereiche in der galaktischen Scheibe mit den Wellenbergen zusammenfallen, und andere Gebiete mit den Wellentälern.

Die Wellenberge stellen dabei lokale Verdichtungen im axialsymmetrischen Potenzial dar, wohingegen die Wellentäler in Materieverdünnungen wiederzufinden sind. Eine, aufgrund von bislang unbekannten Prozessen entstehende Dichtewelle, ist jetzt in der Lage, die Materiestrukturen in der galaktischen Scheibe periodisch zu verdichten und zu verdünnen. 

Das erklärt die Spiralstruktur und damit, das mit der galaktischen Breite variierende Potenzial hinreichend gut. 

Störungstheoretisch ist mit Frequenzen zu argumentieren, die zur Entstehung sogenannter Lindblad-Resonanzen führen. Das würde hier den Rahmen sprengen, darum nur ein kleiner Anriss:

Wenn wir uns eine galaktische Scheibe mit Punktmassen vorstellen, dann werden die in der Scheibe befindlichen Massen unter dem Einfluss ihres gegenseitigen und des allgemeinen galaktischen Gravitationsfeldes stehen. Dieser Einfluss resultiert in einer Gravitationsbeschleunigung der entsprechenden Massen. Auf diese Art ist es möglich, dass durch eine anfängliche Störung im Umlauf einiger Sterne größere Massenkonzentrationen entstehen. Diese Konzentrationen von mehreren Massen ziehen wiederum andere Massen an, die dann für eine weitere Verstärkung des dort befindlichen Potenzials sorgen und auf diese Art einen Selbstverstärkungsprozess in Gang setzen.

Die Erklärung der Balkenstrukturen wird auf diese Art erklärt. Ändert man die Umlauffrequenz von einigen Sternen, so wird sich aus der resultierenden Störung ihrer Bahnen eine Verstärkung des dort befindlichen Potenzials ausbilden. Dann ziehen die Massen immer mehr Massen an, und wir erhalten bei der Annahme einer anfänglich homogenen Scheibe mit endlich vielen Massenelementen Gebiete, in denen sich Verdünnungen befinden, weil sich das ursprünglich dort vorhandene Material zu anderen Massen bewegt hat. Diese Stellen, zu denen sich die Massen bewegten entsprechen dann eben lokalen Materieverdichtungen, entsprechend den Spiralarmen.

Lg Nikolai

Ist es also so, dass Spiralarme an neuer Stelle entstehen durch die Gasdichte? Wenn alte Sterne explodieren und die zur Supernova werden, werden ja viele Elemente freigesetzt und die reagieren dann mit dem Nebel bin einer Galaxie und so entstehen neue Sterne bzw. auch neue Sternarme durch diese Gasdichte (also wenn die Elemente mit dem Nebel reagieren?)

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Super Erklärung.

Was löst diesen Impuls aus? Gravitationswellen?

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@SturerEsel

@Emmalarley

Stell' es dir vor wie eine Welle, die durch die Galaxie läuft und dabei immer wieder Gebiete von Materie verdichtet und verdünnt. Das geschieht natürlich auch an unterschiedlichen Stellen.

Supernovae haben dabei mit der Dynamik der Spiralarme direkt nichts zu tun. Indirekt ist es aber richtig, dass die sich in den Gaswolken befindlichen Spiralarmen durch SN mit schweren Elementen angereichert werden. 

@SturerEsel

Der Mechanismus ist nach wie vor unverstanden. Arbeiten dazu, gibt es reichlich im Internet. In den letzten Jahren verdichten sich die Hinweise, dass Warps die Auslöser sein könnten.

Lg Nikolai

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