KVHS Northeim 2025 : Astronomie - eine Reise durch Raum und Zeit

Die Spiralarme unserer Milchstrasse

Die Spiralarme der Milchstrasse sind dichte Regionen mit hoher Sternentstehung, starkem Magnetismus, und dynamischen Prozessen wie Stosswellen und Supernovae. Sie enthalten eine Mischung aus alten und jungen Sternen sowie grosse Mengen an interstellarem Gas und Staub.

Mögliches Aussehen der Spiralarme unserer Milchstrasse

Links

- Wikipedia : Spiralarm
- Welt der Physik : Milchstrasse

Eigenschaften der Spiralarme

1. Struktur und Dynamik

Anzahl: Die Milchstrasse hat vier grosse Hauptspiralarme (Perseus-, Sagittarius-, Scutum-Centaurus- und Norma-Arm) sowie kleinere Nebenarme.
Länge: Jeder Arm erstreckt sich über Tausende von Lichtjahren.
Breite: Bis zu mehreren tausend Lichtjahren.
Dichtewellen-Theorie: Die Spiralarme sind keine festen Strukturen, sondern Muster von Dichtewellen, die Sterne und Gas verdichten.
Rotation: Die Spiralarme rotieren mit der Milchstrasse, aber sie bewegen sich nicht wie ein festes Objekt (differentielle Rotation).

2. Sternpopulation

Junge, heisse Sterne: Die Spiralarme enthalten viele O- und B-Sterne, die blau leuchten.
Höhere Sterndichte: Im Vergleich zum interstellaren Medium zwischen den Armen.
Sternentstehungsgebiete: Viele Regionen mit intensiver Sternbildung, z. B. Orionarm.
Alte und junge Sterne: Während sich viele junge Sterne in den Armen befinden, gibt es auch ältere Sterne, die sich durch die Galaxie bewegen.

3. Interstellares Medium

Hohe Gas- und Staubkonzentration: Spiralarme enthalten grosse Mengen an molekularem Wasserstoff ($H_2$), Staub und ionisiertem Gas.
Dichte: Höher als im galaktischen Halo oder interarmigen Regionen.
Temperaturen:
- Kalte Molekülwolken: $10 - 100 K$
- Warme ionisierte Regionen (HII-Gebiete): $10000 K$
- Heisses interstellares Gas: Bis zu Millionen Kelvin
Magnetfelder: Typische Feldstärke im Mikrogauss-Bereich ($5 - 10 \mu G$).

4. Strahlung und elektromagnetische Eigenschaften

Optische Strahlung: Spiralarme sind heller, da sie mehr junge Sterne enthalten.
Infrarotstrahlung: Besonders stark durch warmen Staub und Sternentstehung.
Radiowellen: Kaltes Wasserstoffgas (HI-Emission bei $21 cm$) und Molekülwolken strahlen im Radiobereich.
Röntgen- und Gammastrahlung: Weniger intensiv als im galaktischen Zentrum, aber vorhanden durch Supernova-Überreste und Röntgendoppelsterne.

5. Dynamische Prozesse

Sternentstehung: Spiralarme komprimieren Gas, was zur Bildung neuer Sterne führt.
Schockwellen: Durch die Bewegung des Gases durch die Dichtewellen der Spiralarme entstehen Stossfronten.
Supernovae: Viele hochmassereiche Sterne explodieren in den Armen und beeinflussen das interstellare Medium.
Turbulenzen: Gasbewegungen durch Supernova-Schockwellen und Magnetfelder.

6. Wechselwirkungen mit anderen galaktischen Strukturen

Interaktion mit dem galaktischen Halo: Sterne und Gas können aus den Armen heraus in den Halo geschleudert werden.
Einfluss von Begleitgalaxien: Die Milchstrasse interagiert gravitativ mit der Grossen und Kleinen Magellanschen Wolke, was die Spiralstruktur beeinflussen kann.