Du kigger på den mørke nattehimmel og ser stjerner spredt ud i alle retninger. Der er måske nogle få flere her, end der er der, men generelt er stjernerne mere eller mindre jævnt fordelt på nattehimlen.

Hvis du befinder dig på et særligt mørkt sted, vil du dog se et svagt lysbånd på tværs af himlen. Og hvis man peger et teleskop i retning af dette bånd, vil man se mange mange flere stjerner.

Den italienske videnskabsmand Galileo Galilei var den første til at gøre dette og bekræftede dermed den mere end 2000 år gamle tro på, at det bånd, som i årtusinder var blevet kaldt “Mælkevejen” af græsk galaxías kýklos, bestod af utallige fjerne stjerner.

Den idé begyndte at tage form, at Solsystemet befandt sig i en fladtrykt klump af stjerner, fordi man ved at kigge langs denne ‘skive’ ser en overflod af stjerner, mens man ser færre, når man ser væk fra skiven.

Ud over stjernerne så man en række uklare klatter, som man først troede lå inde i Mælkevejen. Man troede simpelthen, at Mælkevejen var alt, hvad der eksisterede – den var hele universet. Den tyske filosof Immanuel Kant foreslog imidlertid, at Mælkevejen blot var vores univers, mens de uskarpe klatter – eller tåger – var fjerne “ø-universer” langt væk fra vores univers.

På dette tidspunkt var sådanne tanker blot spekulationer, men med indførelsen af kameraet og store teleskoper indså astronomerne for blot 100 år siden, at vores galakse – som ø-universerne i dag kaldes – blot er én ud af tilsyneladende uendeligt mange klumper af stjerner, der kredser om hinanden og holdes sammen af tyngdekraften.

Mens afstanden mellem stjerner i en galakse typisk er nogle få lysår, måles afstandene mellem galakserne i millioner af lysår. Mellem galakserne er der stort set ingenting – omkring 1 atom pr. kubikmeter.

De mindste galakser rummer et par millioner stjerner, mens de største omfatter billioner. Mælkevejen, som kan betragtes som en typisk galakse, indeholder et par hundrede milliarder stjerner.

I denne artikel vil jeg forklare, hvad en galakse er, hvad den er lavet af, og hvilke forskellige slags der findes. I en efterfølgende ScienceNordic-artikel vil vi se nærmere på, hvordan galakserne overhovedet blev skabt.

Hvad er galakser lavet af?

Fem eller seks ting kan peges på som byggestenene i galakser: stjerner, gas, støv, supermassive sorte huller, mørkt stof og måske planeter.

Stjerner er, som skitseret ovenfor, rigeligt mange. Stjerner lever i lang tid, men ikke for evigt. Når de opbruger deres brændstof og dør, efterlader de hvide dværge, neutronstjerner eller sorte huller.

Men selv om det generelt er stjernerne, der gør det muligt for os at se galakserne, udgør de faktisk kun en lille brøkdel af galaksens samlede masse.

Stjerner består af gas, men mellem stjernerne – i det såkaldte interstellare medium – befinder der sig også store mængder gas.

I små galakser kan der være lige så meget interstellar gas som stjernegas, mens andelen aftager med galaksens størrelse.

Det interstellare medium er opdelt i forskellige faser. Nogle områder er diffuse og ekstremt varme, med temperaturer på millioner af grader. I disse områder er gassen ioniseret, hvilket betyder, at de fleste atomer har fået revet en eller flere elektroner af på grund af den høje temperatur.

Andre områder er tættere og køligere, omkring 10.000 K.

Jo varmere gassen er, jo højere er trykket, og jo mere udvider den sig (det er den samme mekanisme, der får en varmluftballon til at stige).

Omvendt, hvis gassen afkøles betydeligt (til omkring 100 grader Kelvin, eller -170 °C), dannes der meget tætte og kolde molekylskyer. Det er her, der dannes nye stjerner!

I Big Bang blev der stort set kun skabt brint- og heliumatomer, hvilket jeg skrev mere om i artiklen Big Bang – en øjenvidneberetning.

Men når stjerner brænder ud og dør, returnerer de en del af deres gas til det interstellare medium – blot er den nu forurenet med tungere grundstoffer (som astronomer kærligt generaliserer ved at kalde dem alle ‘metaller’, selv om det måske lyder disharmonisk for kemikere).

I dag er omkring to procent af den samlede gasmasse blevet omdannet til metaller, og omkring en tredjedel af disse metaller har klumpet sig sammen som støv.

Planeter – en ubetydelig del af galaksen

Når en stjerne bliver født, dannes der en skive af gas og støv omkring den. Støv kan klumpe sig sammen og danne sten, som igen danner større sten, der i sidste ende kan ende som planeter.

I det samlede massebudget spiller planeterne en forsvindende lille rolle, men de er sandsynligvis nødvendige for livets eksistens, så de er ret spændende alligevel.

Siden opdagelsen af de første planeter uden for vores solsystem for blot 25 år siden er det blevet klart, at de fleste stjerner har planeter. Vi kender nu til mere end 4.000 exoplaneter (dvs. planeter, der kredser om andre stjerner end vores sol).

Supermassive sorte huller og mørkt stof

I centrum af de fleste galakser findes der et ‘supermassivt sort hul’. Disse sorte huller kan veje millioner eller milliarder gange Solens masse (i astronomi er alting så massivt, at det bliver upraktisk at måle ting i gram eller kilo, så i stedet bruger vi solmasser, som er omtrent det samme som to milliarder milliarder milliarder billioner kilo).

Tyngdekraftsmæssigt er deres bidrag ret ubetydeligt i forhold til resten af galaksen, men i et stykke tid kan de sorte generere en ‘aktiv galaktisk kerne’, eller en kvasar, som kan blæse en væsentlig del af galaksens stof ud af galaksen.

I nogle tilfælde kan disse kvasarer evakuere galaksen for gas i en sådan grad, at det kvæler dannelsen af nye stjerner.

Det, vi har hørt om indtil videre, udgør dog kun omkring 1/6 af den samlede masse. Størstedelen af en galakses masse er nemlig noget helt andet, nemlig mørkt stof.

Dunkelt stof adskiller sig fra “normalt” stof ved, at det kun interagerer gravitationelt. Det betyder, at det hverken påvirkes af eller udøver elektromagnetiske eller nukleare kræfter, så det kan ikke udsende lys, og det kan ikke kollidere med andre ting.

Det er netop fordi det ikke udsender lys, at vi kalder det mørkt stof. Vi kan ikke se det; vi ser kun den virkning, det har på de ting, vi kan se, da det interagerer gravitationelt med det lysende stof.

Det normale stof kan afkøle og blive til en tæt galakse, men det mørke stof har sværere ved at klumpe sig sammen, og det ligger derfor i en meget større ‘halo’ omkring den synlige del af galaksen.

Det, vi ser som en galakse, er således i virkeligheden kun en brøkdel af, hvad en galakse faktisk er. Denne figur viser de omtrentlige dimensioner af Mælkevejens bestanddele.

Giants of the Universe: Elliptiske galakser

Elliptiske galakser er, tror vi, resultatet af en sammensmeltning af mange mindre (proto-) galakser. Under disse sammenstød stiger stjernedannelseshastigheden først dramatisk, og vi ser et eller flere ‘stjerneskud’.

Den voldsomme stjernedannelse kan opbruge det meste af gassen på én gang. Selve kollisionen samt stjernevinde og supernovaer blæser resten af gassen ud, så det bliver svært at danne nye stjerner. Dermed er kun de gamle stjerner tilbage, og da gamle stjerner er rød-orange, er det farven på de fleste elliptiske galakser.

Denne såkaldte quenching efterlader således en rød og ‘død’ galakse.

De største galakser i Universet er elliptiske, med masser på op til ti gange Mælkevejens masse. Disse galaktiske monstre befinder sig ofte i centrum af store galaksehobe, dvs. samlinger af hundreder eller tusinder af galakser, der holdes sammen af tyngdekraften.