Galaksije so gravitacijsko vezane združbe milijard in milijard zvezd, ostankov umrlih zvezd, oblakov prahu in plina. Čeprav so bile mnoge galaksije znane že stoletja, so astronomi vse začetka do 20. stoletja mislili, da vsi ti objekti ležijo znotraj naše Galaksije. Šele Edwin Hubble je leta 1924 dokazal, da so galaksije preveč oddaljene, da bi bile del naše Galaksije in da so popolnoma ločeni sistemi.

M 81 (levo) in M33 (desno) sta primera spiralne galaksije (slike sem posnel s Seestarjem)

Galaksije se po obliki v grobem deli na tri skupine: eliptične, spiralne in nepravilne. Med vsemi temi so meni najbolj zanimive in najlepše spiralne galaksije. Presenetljivo se zvezde v spiralnih galaksijah ne gibljejo v spiralnih orbitah, niti se zvezde ne vrtijo skupaj s spiralnimi kraki, ampak imajo eliptične orbite okrog središča galaksije. Prevladujoča teorija, ki opredeljuje tak nastanek in dinamiko spiralnih galaksija je t.i. Teorija gostotnih valov (angl. Density wave theory).

Levo: spiralna galaksija M 51 s satelitsko galaksijo NGC 5195 , kot jo je posnel Hubblov vesoljski teleskop (vir: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA): https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/explore-the-night-sky/hubble-messier-catalog/messier-51/). Desno: ista slika galaksije M51 na katero sem shematsko vrisal orbite zvezd.

Najlažje si nastanek spiralnih galaksij predstavljamo na primeru spiralne galaksije galaksija Vrtinec (znane tudi pod imeni M 51 ali NGC 5194). In sicer imamo v prvem začetnem koraku sferoidalno eliptično galaksijo brez spiralnih krakov v kateri se zvezde gibljejo v približno krožnih orbitah okrog galaktičnega središča. V drugem koraku v sistem pride neka motnja – v primeru galaksije M 51 to motnjo povzroča gravitacijski vpliv sosednje galaksije NGC 5195. Ta povzroči, da prvotno krožne orbite postanejo eliptične. Eliptične orbite pa se sčasoma zamikajo – t.i. precesirajo. Kot zamika orbit zvezd pa se spreminja z oddaljenostjo od galaktičnega središča. In če pogledamo mojo spodnjo animacijo vidimo, da ravno to povzroči, da se orbite zvezd na določenih mestih močno približajo. Te zgoščine – mesta, kjer se orbite približajo pa se iz galaktičnega središča navzven širijo v obliki logaritemske spirale, kar povzroči nastanek spiralnih krakov galaksij. Spiralni kraki tako predstavljajo območja začasne zgostitve snovi. Zvezde ves čas potujejo iz prostora med spiralnimi kraki v spiralne krake in potem spet naprej v prostor med spiralnimi kraki.
Ta pojav ima eno zelo zanimivo in pomembno implikacijo. In sicer v spiralnih krakih ne pridejo bolj gosto skupaj samo posamezne zvezde, ampak tudi medzvezdni plini in prah, kar povzroči nastanek emisijskih meglic. Plini in prah, ki imajo v prostoru med spiralnimi kraki zelo mizerno gostoto (le 1 atom na kubični centimeter), se v spiralnih krakih zelo zgostijo na 10 – 100.000 atomov na kubični centimeter. Snov se ponekod zgosti in stisne celo toliko, da pride do pojava jedrske fuzije in posledično nastanejo nove mlade zvezde. V primeru galaksije M 51 je to zelo vidno, saj se vidi v spiralnih krakih številne meglice v katerih se rojevajo zvezde. V prostoru med kraki pa so starejše zvezde.
Gibanje zvezd okoli središča zvezd poteka izredno počasi. Na primer naše Sonce potrebuje 225 milijonov Zemeljskih let za eno celo orbito, pa čeprav se giba s tirno hitrostjo kar 230 km/s (828000 km/h). Eni orbiti Sonca okrog središča pravimo tudi galaktično leto. Pred enim galaktičnim letom se je komajda začel srednji Zemeljski vek – mezozoik in z njim pojav prvih kopenskih dinozavrov.

Nastanek spiralnih galaksij po teoriji Density wave theory. Črte predstavljajo orbite zvezd, plina in prahu okrog središča galaksije.

Druga pomembna stvar pri spiralnih galaksijah pa je ta, da bi po obstoječih Newtonovih gravitacijskih zakonih pričakovali, da se bo hitrost gibanja snovi (zvezd, plina in prahu) okrog središča galaksije od središča proti robu galaksije zmanjševala, ker je tam manj opazne mase. Vendar pa opazimo, da se rotacijska hitrost ne zmanjšuje, temveč ostaja skoraj konstantna, kar kaže, da je tam več mase, kot jo lahko zaznamo. Ta “nevidna” masa je temna snov. Temna snov je ena največjih ugank v astronomiji. Temne snovi je po izračunih okoli 85 % vse mase. A, še do danes kljub skoraj 100 letom iskanja, še nikomur ni uspelo ugotoviti kaj ta snov sploh je. Ve se samo, da gre za snov, ki ne oddaja nobenega elektromagnetnega valovanja in ima maso. To bi bilo lahko npr. medzvezdni prah, plini, planeti in umrle zvezde. Vendar tudi, če upoštevamo to snov, je še vedno niti približno ni dovolj, da bi lahko pojasnili manjko mase v galaksijah. Zato so se pojavile tudi teorije, da temna masa sploh ne obstaja in da so namesto tega fizikalni zakoni drugačni – takšni, da pojasnijo vrtenje galaksij brez manjkajoče mase. Sam se bolj nagibam k teoriji, da temna masa ne obstaja in da imamo ponovljivosti v fiziki na ta dolge- galaktične in intergalaktične razdalje.