Galakser

Det finnes omtrent 200 milliarder galakser i det observerbare universet. De kan være alt fra dverggalakser med noen få tusen stjerner til gigantgalakser med flere titalls billioner stjerner. Dverggalakser er de mest vanlige galaksen i universet. De kan være elliptiske, spiralformede eller irregulære (se Galaksetyper nedenfor). Som navnet tilsier er de veldig små, om lag én hundredel av størrelsen til vår galakse, Melkeveisystemet*, eller mindre. Dverggalakser kan gå i bane rundt større galakser. Melkeveisystemet har minst 14 slike satellitter.

* Vi skiller mellom Melkeveisystemet og Melkeveien. Førstnevnte er selve galaksen, mens sistnevnte er stripen av stjerner vi ser over himmelen om kvelden. Riktignok brukes ofte Melkeveien om begge.

Galaksetyper

Det skilles mellom ulike galaksetyper basert på utseendet til galaksene. Hovedtypene er elliptiske galakser, spiralgalakser og irregulære galakser. I tillegg til å se forskjellige ut, har disse også ulike fysiske egenskaper.

Elliptiske galakser

Elliptiske galakser har en mer eller mindre elliptisk form, hvor skalaen går fra E0, som nesten er sfærisk, til E7, som er svært flattrykt (se figur ovenfor). Den mest vanlige formen i universet ligger i nærheten av E3. Disse galaksene har ingen tydelig visuell struktur.

Elliptiske galakser inneholder lite interstellar materie, som gjør at det er lite gass tilgjengelig for dannelsen av nye stjerner. Denne galaksetypen består derfor hovedsakelig av eldre stjerner. Dette gjør at galaksene ofte har en gulrød farge, i motsetning til spiralgalakser som er mer blå.

De elliptiske galaksene kommer i et større spekter av størrelser enn andre galaksetyper. De største og minste galaksene som finnes er gjerne elliptiske. I Den lokale superhopen hvor vi befinner oss, også kjent som Virgosuperhopen, antas det å være 10–15 % elliptiske galakser. Dette er altså ikke den dominerende galaksetypen i universet.

I elliptiske galakser er stjernenes baneløp tilfeldig orientert.

Spiralgalakser

Spiralgalakser består av en sentral bul med en flat, roterende skive rundt (se illustrasjon nedenfor). Skiven har en karakteristisk spiralstruktur som går fra sentrum av galaksen og utover i skiven. Haloen består hovedsakelig av gamle stjerner, mens bulen og skiven består av en blanding av unge og gamle stjerner. Stjernene i skiven beveger seg i baner rundt sentrum, men stjerner i haloen går i tilfeldig orienterte baner.

Spiralarmene skinner sterkere enn resten av skiven fordi det er her stjernedannelse foregår og områdene er derfor fulle av unge, varme stjerner. Den store stjerneproduksjonen kan foregå fordi det finnes store mengder interstellar gass i galaksen. Noen av stjernene i galaksen befinner seg i kulehoper.

Det finnes en egen type spiralgalakse som heter stavspiralgalakse. Stavspiralgalaksene (se bilde nedenfor) har et bånd av stjerner som går på tvers av galaksen. Det er først i endepunktene av dette båndet, eller staven, at spiralene begynner å bre seg utover. Edwin Hubble klassifiserte stavspiralgalaksene som SBa, SBb og SBc hvor SBa har spiralarmer som ligger tett inntil galaksekjernen, mens SBc har armer som er løst bundet til kjernen, med SBb liggende midt i mellom disse.

Stavformasjonen blir til ved at stjernebanene blir ustabile og går vekk fra sine sirkulære baneløp rundt galaksekjernen. Banene blir mer og mer elliptiske. Etter hvert som dette skjer med flere stjerner, kommer stavformasjonen tydeligere til syne. Staven fører store mengder gass inn mot galaksekjernen, som fører til hyppig stjernedannelse i kjerneområdet.

Det finnes langt flere stavspiralgalakser i dag enn det gjorde for 7 milliarder år siden. Man tror at stavformasjonen er en del av spiralgalaksenes utvikling, slik at når en spiralgalakse har utviklet stavformasjon, er dette et tegn på at spiralgalaksen har blitt "voksen".

To tredeler av alle spiralgalaksene er stavspiralgalakser. Melkeveisystemet skal være en slik type galakse, antagelig en SBb-galakse.

Andre typer

Andre galaksetyper er f.eks. ringgalakser. De består av en ringformet struktur av stjerner og interstellar materie som omslutter galaksekjernen (se bilde). Studier viser at med tiden kan staven i stavgalakser gå over til å bli en ringstruktur.

Linseformede galakser er galakser som ligner på en linse når de ses fra siden. De er en mellomting av elliptiske galakser og spiralgalakser. Hubble klassifiserte disse som S0.

Irregulære galakser er galakser som verken kan klassifiseres som elliptisk eller spiralformet, og dermed ikke passer inn i Hubble-serien. De har en egen klassifisering gitt ved forkortelsen Irr. En en galakse som klassifiseres som Irr-I har noe struktur, mens en Irr-II-galakse har ingen struktur.

Dannelse

En galakse blir dannet fra skyer av mørk materie og gass som kollapser. Det finnes to teorier for hvordan vi får en elliptisk galakse eller en spiralgalakse:

Den ene teorien sier at galaksetypen henger sammen med hyppigheten av stjernedannelse tidlig i galaksens utvikling. En høy stjerneproduksjon gir en elliptisk galakse, fordi gassen i protogalaksen brukes så fort opp at en skive ikke rekker å dannes. Tilsvarende gir lav stjerneproduksjon en spiralgalakse. Den andre teorien sier at elliptiske galakser er blitt til ved at galakser med nokså like masser har, uavhengig av type, kollidert og slått seg sammen.

For spiralgalakser blir strukturen tydelig i løpet av en milliard år etter de dannes, men det tar to milliarder år til før massen har funnet sin plass i den galaktiske skiven.

Den fjerneste og eldste galaksen som noen gang er observert (per juli 2014), er z8_GND_5296 (oppdaget i 2013) som ble til 700 millioner år etter Big Bang. Dette tyder på at galakser begynte å dannes allerede i den såkalte mørketiden i universets utvikling.

Elliptiske galakser og spiralgalakser, inkludert Melkeveisystemet, antas å ha et supermassivt sort hull i sitt sentrum. Massen til det sorte hullet henger sammen med massen til galaksen. Disse supermassive sorte hullene skiller seg fra stellare sorte hull i størrelse, tetthet, tidevannskrefter og ved at man ikke er sikre på hvordan de dannes. Det man vet er at de ble dannet tidlig i universets historie.

Uvanlig aktivitet

Galakser kan gå gjennom perioder med uvanlig aktivitet. Eksempler på dette er:

• Vekselvirkende galakser: Dette er to eller flere galakser som er blitt deformert på grunn av gravitasjonell vekselvirkning mellom dem, f.eks. gjennom kollisjon. Dette kan føre til at spiralarmene til en av galaksene dras vekk fra galaksen. Kjente eksempler er Malstrømgalaksen, Musegalaksene og Antennegalaksen (se bilde).
• Starburstgalakser: Dette er galakser med svært høy produksjon av stjerner sammenlignet med andre galakser. På grunn av den høye produksjonen, brukes gassreservoarene opp fort, slik at starburststadiet kun varer en kort del av galaksens livsforløp. Dette er en type galakse som vanligvis oppstår ved kollisjon eller nær kollisjon mellom to galakser. Kjente eksempler er M82, NGC 1569 og Antennegalaksen.
• Aktive galakser: Når den kompakte regionen i sentrum av galaksen skinner mye sterkere og over større deler av det elektromagnetiske spekteret enn normalt, sier vi at galaksen har en aktiv galaksekjerne. Man tror at strålingen fra aktive galaksekjerner skyldes akkresjon (tiltrekking) av materiale av et supermassivt sort hull i sentrum av galaksen. Dette kan føre til jetstråler. Det skilles mellom ulike aktive galaksekjerner: LINER, Seyfert-galakser, radiogalakser, kvasarer, blazarer og BL Lacertae-objekt. Noen eksempler er M87 og Passergalaksen.

Galaksegrupper og -hoper

Flesteparten av galaksene som finnes er gravitasjonelt bundet til andre galakser i galaksegrupper eller galaksehoper. Grupper består av opptil 50 galakser, mens galaksehoper kan bestå av alt fra 50 til tusenvis av galakser. Det mest typiske er at galaksehopene består av hundre til tusen galakser.

Melkeveisystemet er en del av en galaksegruppe som kalles Den lokale gruppen som består av rundt 50 galakser. Gruppen domineres av Melkeveisystemet, Andromedagalaksen og Triangelgalaksen (M33), mens resten er dverggalakser. 

Galaksene i en galaksegruppe/-hop sirkler om et felles tyngdepunkt. I tillegg til at galaksene selv inneholder mørk materie, finnes det også mørk materie mellom galaksene i en gruppe/hop. Det er ikke uvanlig at galakser innenfor samme gruppe/hop kolliderer med hverandre. Siden avstanden mellom stjernene innad i galaksene er så store, er det imidlertid liten sjanse for at stjernene selv vil kollidere i en slik kollisjon. Melkeveisystemet og Andromedagalaksen er forventet å kollidere om fire milliarder år.

Galaksehopene er videre gruppert i superhoper, som er en av de største kjente strukturene i universet. Den lokale gruppen er en del av den lokale superhopen kalt Virgosuperhopen.

Ettersom universet ekspanderer, vil avstanden mellom galaksene i universet stadig øke. Galakser som befinner seg i galaksehoper kan derimot stå imot ekspansjonen lokalt på grunn av gravitasjonskreftene som virker mellom galaksene i hopen.

Navngivning

Titusenvis av galakser er blitt katalogisert gjennom årene. Det finnes flere kataloger som brukes, mest kjent er Messierkatalogen og NGC (New General Catalogue). Galakser kan være katalogisert i en eller flere kataloger, men da under ulike navn. De færreste galaksen har fått ordentlige navn, slik som f.eks. Andromedagalaksen. I katalogene nevnt ovenfor går denne galaksen under navnene M31 og NGC 224.