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Kurz gesagt: Im beobachtbaren Universum werden zwischen 100 Milliarden und 2 Billionen Galaxien vermutet. Die Spanne ist so groß, weil sich lichtschwache und weit entfernte Galaxien nur hochrechnen, nicht zählen lassen.
Niemand hat Galaxien gezählt. Man zählt einen winzigen Ausschnitt und rechnet hoch.
Wie man das überhaupt misst
Weltraumteleskope richten sich sehr lange auf ein scheinbar leeres, winziges Stück Himmel – bekannt als Deep Fields. Was dort auftaucht, sind fast ausschließlich Galaxien.
Aus ihrer Zahl in diesem Ausschnitt lässt sich auf den gesamten Himmel hochrechnen. Der Ausschnitt ist so klein, dass er ungefähr dem entspricht, was ein Sandkorn auf Armeslänge abdeckt.
Woher die zwei Billionen stammen
Eine 2016 veröffentlichte Untersuchung kam auf rund zwei Billionen. Die Begründung: In der Frühzeit des Universums gab es viele kleine Galaxien, die später zu größeren verschmolzen. Der weit überwiegende Teil davon ist für heutige Teleskope zu lichtschwach.
Neuere Arbeiten, unter anderem mit Messungen der Raumsonde New Horizons zur Helligkeit des Hintergrundlichts, deuten eher auf mehrere hundert Milliarden hin.
Beide Zahlen widersprechen sich weniger, als es scheint: Die eine schätzt alle jemals existierenden Galaxien mit, die andere die heute nachweisbaren.
Was „beobachtbares Universum“ bedeutet
Sichtbar ist nur, was Licht seit dem Urknall bis zu uns geschafft hat. Diese Kugel hat einen Radius von etwa 46 Milliarden Lichtjahren.
Was dahinter liegt, ist prinzipiell nicht beobachtbar. Ob das Universum insgesamt endlich ist, ist offen.
Unsere eigene Galaxie
Die Milchstraße enthält schätzungsweise 100 bis 400 Milliarden Sterne und misst rund 100.000 Lichtjahre im Durchmesser. Die nächste große Nachbargalaxie, Andromeda, ist etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt – und bewegt sich auf uns zu.
Wie Galaxien eingeteilt werden
Galaxien werden traditionell nach ihrer Form unterschieden: Spiralgalaxien mit Scheibe und Armen, elliptische Galaxien ohne erkennbare Struktur und irreguläre Galaxien ohne klare Form. Diese Einteilung geht auf eine Systematik aus den 1920er-Jahren zurück. Sie wird bis heute verwendet.
Spiralgalaxien enthalten viel Gas und bilden weiterhin Sterne, elliptische bestehen überwiegend aus alten Sternen. Der Unterschied hängt mit der Entstehungsgeschichte zusammen, insbesondere mit früheren Verschmelzungen. Solche Verschmelzungen sind der Normalfall, nicht die Ausnahme.
Viele große Galaxien besitzen im Zentrum ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Für unsere eigene Galaxie ist das durch die Bahnen naher Sterne belegt. Die zugehörigen Beobachtungen wurden mit einem Nobelpreis ausgezeichnet.
Haufen und Superhaufen
Galaxien stehen nicht gleichmäßig verteilt, sondern in Gruppen, Haufen und Superhaufen, dazwischen liegen weitgehend leere Bereiche. Diese Struktur wird als kosmisches Netz bezeichnet. Sie ist in großen Durchmusterungen kartiert worden.
Unsere Galaxie gehört zu einer kleinen Gruppe mit einigen Dutzend Mitgliedern, deren größte Vertreter unsere eigene und die Andromedagalaxie sind. Beide bewegen sich aufeinander zu und werden in einigen Milliarden Jahren verschmelzen. Für Sterne bedeutet das kaum Zusammenstöße, weil die Abstände enorm sind.
Die Verteilung im großen Maßstab ist eine der wichtigsten Prüfgrößen für kosmologische Modelle. Simulationen können sie inzwischen gut nachbilden. Abweichungen zwischen Modell und Beobachtung sind Gegenstand aktueller Forschung.
Warum man Dunkle Materie annimmt
Die Umlaufgeschwindigkeiten in Galaxien passen nicht zur sichtbaren Masse: Außen bewegen sich Sterne schneller, als es die leuchtende Materie erklären könnte. Aus dieser Diskrepanz folgt die Annahme zusätzlicher, nicht leuchtender Masse. Sie stammt aus Messungen der 1970er-Jahre.
Weitere Hinweise liefern die Ablenkung von Licht durch Galaxienhaufen und die Struktur der kosmischen Hintergrundstrahlung. Alle drei Beobachtungen deuten unabhängig voneinander in dieselbe Richtung. Direkt nachgewiesen wurde ein Teilchen bislang nicht.
Alternative Erklärungen verändern stattdessen die Gravitationsgesetze. Sie können einzelne Beobachtungen erklären, bislang aber nicht alle gemeinsam. Die Debatte läuft weiter.
Wie weit man sehen kann
Weil sich der Raum ausdehnt, verschiebt sich das Licht ferner Galaxien in den roten Bereich. Aus dieser Rotverschiebung lässt sich die Entfernung ableiten. Je größer sie ist, desto weiter blickt man zugleich in die Vergangenheit.
Das beobachtbare Universum reicht so weit, wie Licht seit dem Urknall reisen konnte, unter Berücksichtigung der Ausdehnung. Was darüber hinausliegt, ist grundsätzlich nicht beobachtbar. Über seine Größe lässt sich deshalb nichts sagen.
Die ältesten beobachteten Galaxien stammen aus einer Zeit wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Ihre Entdeckung hat Modelle zur Galaxienentstehung unter Druck gesetzt. Genau dafür wurden die neuen Weltraumteleskope gebaut.
Was neue Teleskope beitragen
Infrarotteleskope im Weltraum können Licht sehr ferner Galaxien auffangen, das durch die Rotverschiebung nicht mehr im sichtbaren Bereich liegt. Dadurch werden Objekte sichtbar, die zuvor unerreichbar waren. Die Zahl bekannter früher Galaxien ist dadurch stark gestiegen.
Am Boden entstehen zugleich Teleskope mit Spiegeln von mehreren Dutzend Metern Durchmesser. Sie sollen Details auflösen, die bisher unzugänglich sind. Ihre Inbetriebnahme ist für die kommenden Jahre geplant.
Parallel laufen Durchmusterungen, die Milliarden von Objekten katalogisieren. Aus solchen Katalogen entstehen die Hochrechnungen zur Gesamtzahl. Sie sind der Grund, warum sich die Schätzungen im Lauf der Jahre ändern.
Galaxien selbst beobachten
Mit bloßem Auge ist unter dunklem Himmel die Andromedagalaxie als schwacher Fleck erkennbar. Sie ist das entfernteste Objekt, das ohne Hilfsmittel sichtbar ist. Voraussetzung ist ein Standort ohne störendes Streulicht.
Mit einem Fernglas kommen weitere helle Galaxien und Sternhaufen hinzu. Ein Teleskop mittlerer Größe zeigt Dutzende Galaxien als längliche Nebelflecken. Farben und Spiralarme bleiben dem Auge verborgen, weil die Lichtstärke zu gering ist.
Fotografische Aufnahmen mit langer Belichtung zeigen deutlich mehr als das Auge. Für den Einstieg genügen Kamera, Stativ und ein dunkler Himmel. Sternwarten und Vereine bieten Beobachtungsabende an.
Häufige Fragen
Wie viele Sterne gibt es insgesamt?
Grob geschätzt 10 hoch 22 bis 10 hoch 24 – mehr, als es Sandkörner auf der Erde gibt.
Warum sieht man am Himmel keine Galaxien?
Mit bloßem Auge sind unter guten Bedingungen nur wenige zu erkennen, etwa Andromeda als blasser Fleck. Alles andere ist zu lichtschwach.
Kollidiert die Milchstraße mit Andromeda?
Nach heutigen Modellen in einigen Milliarden Jahren. Sterne stoßen dabei kaum zusammen – die Abstände sind zu groß.
Wie werden Galaxien eingeteilt?
Nach Form in Spiral-, elliptische und irreguläre.
Warum nimmt man Dunkle Materie an?
Weil die sichtbare Masse die Bewegungen nicht erklärt.
Welche Galaxie sieht man ohne Teleskop?
Die Andromedagalaxie unter dunklem Himmel.
Quellen
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Geschrieben von Bella, Redaktion frageecke.de — sie schreibt hier über Alltagsfragen und ihre Antworten.
