Was ist ein Spiralgalaxie?
Eine Spiralgalaxie ist eine abgeflachte, rotierende Scheibe aus Hunderten Milliarden Sternen, durchzogen von Gas und Staub und gezeichnet von hellen Armen, die sich von einer zentralen Verdickung nach außen winden. Rund zwei Drittel der großen Galaxien haben diese Form, und die Milchstraße ist eine davon.
Die Arme sollten nicht existieren, und herauszufinden, warum sie es doch tun, dauerte Jahrzehnte. Eine galaktische Scheibe rotiert nicht starr: Die inneren Bereiche vollenden einen Umlauf weit schneller als die äußeren. Jedes Muster aus einer festen Menge von Sternen wäre daher binnen weniger Umdrehungen zu einer engen, unkenntlichen Spirale aufgewickelt — und Galaxien haben Dutzende hinter sich. Das ist das Aufwicklungsproblem, und seine Auflösung, von Bertil Lindblad erarbeitet und von C. C. Lin und Frank Shu ausgebaut, lautet: Die Arme bestehen gar nicht aus bestimmten Sternen. Sie sind eine Dichtewelle — ein Muster, wo sich Bahnen drängen, das an Ort und Stelle bleibt, während Sterne hindurchströmen, so wie ein Stau auf der Autobahn stehen bleibt, während einzelne Autos ihn durchqueren.
Das Durchqueren ist entscheidend. Gas, das in einen Arm einläuft, wird komprimiert, und Kompression kippt eine Molekülwolke in den Kollaps — Sternentstehung findet also bevorzugt in den Armen statt. Massereiche blaue Sterne werden dort geboren und sterben dort, binnen weniger Millionen Jahre, ohne sich je weit von ihrem Entstehungsort zu entfernen. Genau deshalb sind die Arme sichtbar: nicht weil sie mehr Sterne enthalten, sondern weil sie die hellsten enthalten. Nimmt man das blaue Licht weg, verschwinden die Arme beinahe.
Dieses Modell ist auf den Bahnen aufgebaut, nicht auf der Spirale. Jeder der Zehntausenden Punkte läuft auf seiner eigenen Ellipse, in jedem Bild neu ausgewertet, und die Ausrichtung dieser Ellipsen wandert langsam mit dem Radius. Wo sich die Ellipsen drängen, erscheinen Arme — und sie bleiben stehen, während die Sterne hindurchziehen, denn genau das ist eine Dichtewelle. Halten Sie die Uhr an, und die Arme sind noch da. Die Winkelgeschwindigkeit fällt zudem etwa wie 1/r ab, die flache Rotationskurve, die der wichtigste einzelne Beleg für Dunkle Materie ist.