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Seite 12: NASA, ESA, Z. Levay und R. van der Marel (STScI), T. Hallas und A. Mellinger

Seite 20: Bilder mit freundlicher Erlaubnis der Carnegie Observatories/Cindy Hunt

Seite 26: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale University), S. Patel (Universität Leiden) und 3D-HST Team

Seite 35: SSRO-South (S. Mazlin, J. Harvey, D. Verschatse und R. Gilbert) und K. Ivarsen (UNC/CTIO/PROMPT)

Seite 38–39: NASA, ESA, J. Dalcanton, B. F. Williams und L. C. Johnson (University of Washington), das PHAT-Team und R. Gendler

Seite 46: ESA, NASA und P. Anders (Galaxy Evolution Group der Universität Göttingen)

Seite 53 (unten): NASA, ESA und D. Maoz (Tel-Aviv University und Columbia Universität Tel-Aviv und Columbia University)

Seite 71: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA)–ESA/Hubble Collaboration und W. Keel (University of Alabama)

Seite 72–73: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA)–ESA/Hubble Collaboration

Seite 94–95: NASA, SWIFT, S. Immler (Goddard) und M. Sigel (Penn State); Axel Mellinger (CMU)

Seite 100–5: NASA, ESA, Z. Levay und R. van der Marel (STScI), T. Hallas und A. Mellinger

Seite 127: Subaru Telescope (NAOJ), Hubble Space Telescope, Kpno, Noao, Digitized Sky Survey, Spitzer Space Telescope und R. Gendler

Seite 130–31: Subaru Telescope (NAOJ), Hubble Space Telescope, Local Group Galaxy Survey (Phil Massey, Pi), Mayall 4-Meter Telescope, R. Gendler

Seite 132: NASA und T. M. Brown, C. W. Bowers, R. A. Kimble, A. V. Sweigart (NASA GSFC) und H. C. Ferguson (STScI)

Seite 135 (oben rechts): NASA, ESA, G. Kriss (STScI) und J. De Plaa (Sron Netherlands Institute for Space Research)

Seite 136–37: NASA, ESA, S. Baum und C. O’Dea (RIT), R. Perley und W. Cotton (NRAO/AUI/NSF) und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Seite 138: NASA, A. S. Wilson (University of Maryland), P. L. Shopbell (Caltech), C. Simpson (Subaru Telescope), T. Storchi-Bergmann und F. K. B. Barbosa (UFRGS) und M. J. Ward (University of Leicester)

Seite 178–79: Gemini Observatory, Aura, Travis Rector (University of Alaska Anchorage)

Seite 186: E. Peng und H. Ford (JHU)/K. Freeman (ANU)/R. White (STScI)/CTIO/NOAO/NSF

Seite 208–9: SSRO-SOUTH/J. Harvey/S. Mazlin/D. Verschatse/J. Joaquin Perez (UNC/CTIO/PROMPT)

Seite 231: NASA, ESA und S. Farrell (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney)

Seite 232 (oben): NASA, ESA, M. Postman (STScI), T. Lauer (NOAO) und das Clash Team

Seite 235 (unten): W. Keel (University of Alabama), M. Ledlow (Gemini Observatory), F. Owen (NRAO), AUI, NSF, NASA

Seite 236: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA), ESA/Hubble Collaboration

Seite 237: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA), ESA/Hubble Collaboration

Seite 238: NASA/CXC/CfA/D. Evans et al., NASA/STScI/NSF/VLA/CfA/D. Evans et al., STFC/JBO/MERLIN

LITERATURVERZEICHNIS

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Ebd. und Paul W. Hodge. Galaxies and the Cosmic Frontier. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 2003.

Wray, James D. The Color Atlas of Galaxies. New York: Cambridge University Press, 1988.

Kapitel 1

WAS SIND
GALAXIEN?

Wellen krachten an den Strand von Santa Monica, ausgedehnte Wälder sprenkelten die Berge nördlich der Stadt, und ein faszinierendes Straßennetz durchzog die Landschaft. Im Jahr 1923 lebten eine Million Menschen in Los Angeles – heute sind es viermal so viel –, und die Stadt befand sich mitten in einem explosiven Wachstum. Robert Millikan, ein Physiker am California Institute of Technology, erhielt den Nobelpreis für Physik für das Messen der Ladung eines einzelnen Elektrons oder Protons (der Elementarteilchen) und für seine Arbeit zum fotoelektrischen Effekt, einschließlich seiner Beobachtung, dass viele Metalle Elektronen emittieren, wenn Licht auf sie trifft. Amelia Earhart nahm immer wieder Flugstunden in dieser Gegend. Die Hollywood Bowl war kurz zuvor für Konzerte geöffnet worden, und ein junger Künstler namens Walt Disney kam mit 40 Dollar in der Tasche in die Stadt.

Trotz der vorausschauenden Investitionen der Stadt in Wissenschaft und Technik war es eine primitive Zeit – zumindest in Bezug auf die Astronomie. Niemand kannte die Größe und das Ausmaß des Universums. Menschen hatten die hellsten Galaxien am Himmel gesehen – die verschwommenen Flecken in der Andromeda und die Magellanschen Wolken in der südlichen Hemisphäre –, aber niemand verstand genau, was er da eigentlich sah. Tiefgründige Fragen schwebten dort draußen: Wie groß ist die Ewigkeit? Ist die Schöpfung grenzenlos? Schon bald würde Los Angeles eine entscheidende Rolle bei der Vermessung des Universums spielen.

DAS 100-ZOLL-TELESKOP

Am 4. Oktober 1923 verließ ein junger Astronom sein Haus in Pasadena und zog ins Mount-Wilson-Observatorium, nicht weit von Los Angeles, zum 100-Zoll-Teleskop, das damals das größte der Welt war. Edwin Powell Hubble stammte aus Missouri; er zog nach Illinois, legte an der University of Chicago sein Examen ab und erwarb dann als Rhodes-Stipendiat den Magistergrad an der Oxford University. Eine Laufbahn als Astronom strebte er erst an, als er im Alter von fünfundzwanzig Jahren an die Hochschule zurückkehrte, um zu promovieren. Hubble befand sich nun im vierten Jahr als angestellter Astronom im Mount Wilson. Er genoss es, das 100-Zoll-Hooker-Teleskop zu benutzen, um seine Lieblingsobjekte zu studieren: die verschwommenen Nebel – rätselhafte, glühende Gaswolken –, die über den Himmel verstreut sind.

Niemand wusste genau, was diese Nebel waren, aber man hielt sie für die Geburtsorte der Sterne. Der unternehmungslustige Amateurastronom William Parsons, der dritte Earl of Rosse, hatte als Erster diese Nebel mit Spiralstruktur gezeichnet, die aussehen wie schwach leuchtende Whirlpool-Muster. Dafür hatte er Mitte des 19. Jahrhunderts sein Riesenteleskop im ländlichen Irland verwendet. Ein knappes Jahrhundert später wusste man noch nicht viel mehr über sie. Hubble wollte das Geheimnis der Nebel ergründen, vor allem das der Spiralnebel. Auch in seiner Doktorarbeit ging es um dieses Thema. Die Spiralform dieser Nebel ließ darauf schließen, dass sie rotierten, doch ansonsten stellten sie Hubble und andere Astronomen vor ein Rätsel.

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DIE FOTOPLATTE, DIE GALAXIEN DEFINIERTE

Am 5. Oktober 1923 machte der Astronom Edwin Hubble mit dem 100-Zoll-Hooker-Teleskop des Mount-Wilson-Observatoriums in der Nähe von Los Angeles eine Aufnahme des »Andromeda-Nebels«. Anfangs war er aufgeregt, weil er nach der Prüfung der Platte glaubte, eine Nova – einen explodierenden Stern – fotografiert zu haben. Er markierte den Stern mit einem »N« zwischen zwei Skalenstrichen, die er auf die Glasplatte gezeichnet hatte. Die berühmte Platte H335H trug dazu bei, eines der größten Geheimnisse des Universums aufzudecken. Kurze Zeit später erkannte Hubble, dass er keine Nova gesehen hatte, sondern einen veränderlichen Stern vom Cepheid-Typ mit wohlbekannten Eigenschaften. Da die Astronomen ihre absoluten Größen und Lichtkurven kannten, benutzten sie die Cepheiden, um Entfernungen zu messen. Der erstaunte Hubble stellte fest, dass der Andromeda-Nebel in Wirklichkeit eine Galaxie in großer Entfernung war, vielleicht sogar eine Million Lichtjahre entfernt, was viel mehr ist als der damals geschätzte Durchmesser des kompletten Universums. Mit dieser Platte fand Hubble außerdem heraus, was Galaxien sind. Später stellte man fest, dass die Andromeda-Galaxie sogar 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Diese Platte (links) und eine Vergrößerung (unten) zeigen die Kernregion der Andromeda-Galaxie, in der oberen rechten Ecke der berühmte Vermerk: Das »N« für »Nova« ist durchgestrichen, und Hubble schrieb mit toter Tinte »VAR!« darunter.

In der Nacht des 4. Oktober 1923 machte Hubble mit dem 100-Zoll-Hooker-Teleskop eine Aufnahme eines seiner Lieblingsnebel, des Großen Nebels im Sternbild Andromeda. Die Aufnahme wurde fünfundvierzig Minuten lang belichtet. Diese spiralförmige Wolke war groß, hell und für das bloße Auge gerade noch als verschwommener Lichtfle k sichtbar, wenn man vom Licht der Großstadt weit entfernt war. Die Nacht hatte ein sehr schlechtes »Seeing«, als er die Aufnahme machte, weil die Erdatmosphäre ziemlich turbulent war; deshalb waren die Sterne keine vollkommenen Punkte. Trotzdem enthüllte die Platte, was Hubble vermutet hatte: eine Nova, einen explodierenden Stern. Es war aufregend, ein so seltenes Ereignis im Inneren eines Spiralnebels festzuhalten.

In der folgenden Nacht fotografierte Hubble den Andromeda-Nebel erneut und hoffte auf ein besseres Bild der vermeintlichen Nova. Die Fotoplatte, die in der Nacht vom 5. auf den 6. Oktober belichtet und mit der Nummer H335H gekennzeichnet wurde, sollte eine der berühmtesten in der Geschichte der Wissenschaft werden, denn auf ihr dokumentierte Hubble die Nova noch einmal. Doch bevor er sie genauer untersuchen konnte, endete sein Beobachtungslauf am 100-Zoll-Telekop, und er musste seinen Platz für andere Beobachter räumen. Am frühen Morgen verließ er den Berg und kehrte nach Pasadena zurück.

In seinem Büro, weit entfernt vom Observatorium auf dem Berg, studierte er frühere Bilder der Umgebung des Andromeda-Nebels. Ihm fiel etwas Ungewöhnliches auf. Eine Nova erstrahlt plötzlich und verblasst dann wieder. Doch der Stern, den er aufgenommen hatte, erschien auch auf älteren Platten und wurde innerhalb eines Zeitraums von 31 Tagen regelmäßig heller und dunkler. Dieser Stern war also keine Nova. Er musste eine andere Art Stern im Andromeda-Nebel sein.

HUBBLES DURCHBRUCH

Plötzlich stieß Hubble auf die Lösung. Er erkannte, dass er das Bild eines Sterntyps aufgenommen hatte, der einem wohlbekannten Stern in der Konstellation Kepheus ähnelte. Auf dieser Fotoplatte H335H strich er das »N« für »Nova« durch und schrieb »VAR!« darunter, was »veränderlicher Stern« bedeutete. Mehr noch, dieser Stern war ein besonderer Typ eines variablen Sterns, der streng periodisch heller und dunkler wurde. Astronomen hatten solche Sterne seit Langem studiert und nannten sie »Cepheiden« nach einem Stern im Sternbild Kepheus. Sie kannten seine absolute Helligkeit. Da Hubble wusste, wie hell der Stern tatsächlich war und wie hell er am Himmel erschien, konnte er den Stern als »Standardkerze« verwenden und seine Entfernung messen.

Das war eine denkwürdige Erkenntnis. Hubble berechnete, dass der blasse Stern eine Million Lichtjahre von der Erde entfernt sein musste – ebenso wie der Nebel, der ihn umgab. Das bedeutete, dass der Durchmesser des Universums mindestens dreimal größer sein musste, als die meisten Astronomen annahmen. Mit einer einzigen Fotoplatte hatte Edwin Hubble die Größe des Kosmos ganz allein neu bestimmt.

DAS 100-ZOLL-
HOOKER-TELESKOP

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WIE SIE STERNE IN IHREM
GARTEN BEOBACHTEN

Bald nach Hubbles Entdeckung begannen Astronomen, fieberhaft Daten über viele hellere Himmelsobjekte zu sammeln die sie für ferne Galaxien hielten. Dazu gehörten zahlreiche helle Galaxien, die wir heute am Himmel sehen und auch mit kleinen Teleskopen beobachten können. Am besten gehen Sie dabei so vor:

DIE ENTDECKUNG DER GALAXIEN

Hubbles Entdeckung löste bei Astronomen, die andere Spiralnebel erforschten, eine fieberhafte Aktivität aus. Zahllose Beobachtungen folgten, und manche Anschlussstudien dauerten viele Monate, weil Gezänk und Gewissensprüfungen die Welt der Berufsastronomen erschütterten. Eine Debatte, die 1920, also ein paar Jahre zuvor, zwischen zwei prominenten Astronomen, Harlow Shapley von der Princeton University und Heber Curtis vom Allegheny-Observatorium, begonnen hatte, goss nun Öl ins Feuer. Shapley glaubte, die Milchstraße umfasse das gesamte Universum, während Curtis behauptete, Spiralnebel seien separate Galaxien, im Wesentlichen »Inseluniversen«. Hubbles Entdeckung schien Curtis Standpunkt zu bestätigen.

Hubble indes fuhr damit fort, Cepheiden in anderen Spiralnebeln zu fotografieren, zum Beispiel M33 im Dreieck, und wies nach, dass sie wie Andromeda so weit entfernt sind, dass sie ferne Galaxien sein müssen. Diese Beobachtungen ließen darauf schließen, dass Galaxien die Grundeinheiten aus Sternen, Gas und Staub im Universum sind und dass ihre Größe jede Vorstellungskraft sprengt. Viele zweifelten an diesen Erkenntnissen, vor allem Shapley; doch Hubble arbeitete unbeirrt weiter. Im November 1924 veröffentlichte die New York Times seine Forschungsergebnisse auf der Titelseite. Von Anhängern gedrängt, schickte er der American Astronomical Society, der Berufsorganisation der Astronomen, einen Artikel, der die Ergebnisse zusammenfasste. Nachdem der angesehene Professor Henry Norris Russell von der Princeton University den Beitrag auf der Wintertagung der Gesellschaft verlesen hatte, waren Galaxien auf dem besten Weg, wissenschaftlich anerkannt zu werden.

EIN DURCHBRUCH DANK
DER FARBEN DER GALAXIEN

Mehrere Jahre später gab es einen weiteren enormen Fortschritt. Das Spektrum einer Galaxie ist ein Bild des gesammelten Lichts aller ihrer Sterne und Gase. Im Jahr 1929 zeichneten Hubble und andere Astronomen viele Spektren von Galaxien auf und bemerkten, dass die Spektrallinien zum roten Ende des Spektrums hin verschoben waren, das heißt, die Wellenlänge des Lichts nahm zu, und die Frequenz nahm ab. Diesen Effekt hatte Vesto M. Slipher, ein Astronom am Lowell-Observatorium in Arizona, im Jahr 1912 als Erster entdeckt.

Diese Doppler-Verschiebung fällt uns jedes Mal auf, wenn ein Krankenwagen mit laufender Sirene vorbeifährt. Wenn er sich nähert, klingt der Ton der Sirene höher, weil er eine kurze Wellenlänge und eine hohe Frequenz hat. Wenn das Auto sich entfernt, wird der Ton der Sirene tiefer, weil die Wellenlänge zu- und die Frequenz abnimmt. Das Gleiche gilt für das Licht. Wenn Objekte sich auf uns zu bewegen, verschiebt sich die Frequenz ihres Lichts nach oben, zum blauen Ende des Spektrums hin. Wenn sie sich von uns entfernen, verschiebt sich die Frequenz nach unten, zum roten Ende des Spektrums hin. Diese »Rotverschiebung« der Spektren weit entfernter Galaxien lässt also darauf schließen, dass die Galaxien sich von uns weg bewegen. Das bedeutet, dass das ganze Universum nicht nur viel größer ist als früher angenommen, sondern auch, dass es expandiert und mit der Zeit immer größer wird.

BILDNACHWEIS

LITERATURVERZEICHNIS

Kapitel 1

WAS SINDGALAXIEN?

DAS 100-ZOLL-TELESKOP

HUBBLES DURCHBRUCH

DAS 100-ZOLL-HOOKER-TELESKOP

WIE SIE STERNE IN IHREMGARTEN BEOBACHTEN

DIE ENTDECKUNG DER GALAXIEN

EIN DURCHBRUCH DANKDER FARBEN DER GALAXIEN

WAS SIND
GALAXIEN?

DAS 100-ZOLL-
HOOKER-TELESKOP

WIE SIE STERNE IN IHREM
GARTEN BEOBACHTEN

EIN DURCHBRUCH DANK
DER FARBEN DER GALAXIEN