Wechselwirkende Galaxien sind Galaxien, die sich gegenseitig beeinflussen und damit ihre inneren Aktivitäten erhöhen.
Zu Wechselwirkungen kommt es bei Begegnungen zweier oder mehrerer Galaxien. Daraus ergeben sich entweder Galaxienverschmelzungen oder besondere Formationen und Neukonstellationen der beteiligten Sterneninseln.
Verschmelzungen von Galaxien, besonders von Protogalaxien, finden bevorzugt in dichten Regionen des Universums bei langsamen Relativgeschwindigkeiten zueinander statt. Bei schnelleren Kollisionsgeschwindigkeiten durchdringen und durchqueren sich die Einheiten. In manchen Fällen treiben Galaxien in geringem Abstand aneinander vorbei. Elliptische Galaxien sind meistens die Verschmelzungsprodukte von Scheibengalaxien, insbesondere von Spiralgalaxien.
miniatur|hochkant=1.5|Eine Auswahl von 12 aus 59 Bildern von kollidierenden Galaxien, veröffentlicht von der NASA und ESA am 24. April 2008 anlässlich des 18. Geburtstags des Hubble-Weltraumteleskops Heute finden sich nur noch etwa eine bis zwei von hundert Galaxien im direkten Prozess einer Verschmelzung. Es deutet Vieles darauf hin, dass in der Zeit etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall die damals häufigen Zwerggalaxien vielfach miteinander verschmolzen.
Die kosmologische Hierarchie miniatur|hochkant=1.5|Diese NASA-Illustration von Adolf Schaller gibt eine Vorstellung, wie sich Protogalaxien und Zwerggalaxien vereinigt haben. Der Zeitpunkt des Bildes wird mit weniger als einer Milliarde Jahren nach dem Urknall angegeben – also weiter in der Vergangenheit, als man mit dem Hubble-Teleskop zurückblicken kann. miniatur|hochkant=1.5|Eine NASA-Illustration zweier scheibenförmiger Galaxien, die sich aufeinander zubewegen. Man kann deutlich erkennen, dass die beiden Ebenen der Scheiben einen versetzten Winkel haben. Das Ergebnis der Kollision wird nicht mehr auf die Ebene einer Scheibe beschränkt sein.
Die inhaltliche Struktur des Kosmos hat sich nach heutigen Erkenntnissen hierarchisch entwickelt; vom Kleinen zum Großen. Demnach haben sich zuerst Galaxien, dann Galaxiengruppen, Galaxienhaufen und Galaxiensuperhaufen gebildet. Galaxienhaufen und -superhaufen sind heute dabei, sich noch deutlicher auszubilden. Diese Entwicklung wechselwirkender Galaxien wird aufgrund ihrer Analogien zur biologischen Evolution von einigen Autoren auch als Galaktische Evolution bezeichnet.
Der Ausgangsstoff aller Sterne und Galaxien ist interstellares Gas. Dieses Gas bildet zunächst Protogalaxien. Protogalaxien sind Vorformen von Galaxien, und sie haben noch kaum Sterne gebildet. In jungen Galaxienhaufen befindet sich der größte Teil des Gases in unregelmäßigen Ansammlungen zwischen den Galaxien des Haufens. Weit entwickelte Galaxienhaufen weisen dagegen eine gleichmäßige Verteilung des Gases auf; gleichförmig, symmetrisch und zum Zentrum des Haufens hin konzentriert. Ein Blick in ferne Galaxien, also in die Vergangenheit, reicht noch nicht aus, um die Situation eine Milliarde Jahre nach dem Urknall zu zeigen.
Trotzdem müssen sich damals in der kleinen Hierarchiestufe aus sehr vielen Zwerggalaxien schrittweise größere Galaxien gebildet haben. Diese größeren Galaxien waren oder sind dann, wie heute unser Milchstraßensystem, von mehreren Zwerggalaxien umgeben. Bei diesen Galaxiebildungen sind große Teile des ursprünglichen Gases als Überreste verblieben, ebenso zahlreiche schwache Galaxien. Man hat inzwischen viele solcher extrem schwachen Zwerggalaxien gefunden, die zwar sehr nah, aber am Nachthimmel kaum zu erkennen sind.
Zwerggalaxien haben in der Regel noch unregelmäßige Formen. Die erste Stufe von größeren Galaxien sind reine Balkengalaxien. Die Balken entstehen durch Gezeitenkräfte, genauer durch Unterschiede von Gravitationsimpulsen. Diese Formationen entwickeln sich dann zu immer ausgeprägteren Spiralen. Der Balken wird schließlich zum scheibenförmigen, elliptischen oder kugelförmigen Zentrum. Balken- und Spiralgalaxien rotieren. Ihre Form resultiert aus der Rotationsbewegung der Sterne. Die Rotationsbewegung besteht, weil die Galaxien aus turbulenten Gaswolken und/oder Zwerggalaxien entstanden sind. Die Geschwindigkeitsenergien dieser Bausteine haben sich dann zu gleichmäßiger Rotation vereinheitlicht.
Mithilfe von Computersimulationen konnte man aufzeigen, dass aus Vereinigungen zweier gasreicher Spiralgalaxien, des häufigsten Galaxietyps, typischerweise elliptische Galaxien hervorgehen. Die Sterne einer elliptischen Galaxie bewegen sich nicht nur in einer Ebene, wie bei Balken- und Spiralgalaxien. Sie haben elliptische und zufällig orientierte Umlaufbahnen. Die Form von elliptischen Galaxien kann grob damit erklärt werden, dass zwei scheibenförmige Objekte fast immer mit versetztem Winkel ihrer Ebenen zusammentreffen. Dadurch resultiert eine Galaxieform, die nicht mehr nur auf eine Ebene konzentriert ist.
Gezeitenkräfte Gezeitenkräfte beschleunigen und vereinheitlichten die Prozesse von Sternen- und Galaxienbildungen. Diese Kräfte können in den verschiedenen Konstellationen von wechselwirkenden Galaxien sehr unterschiedliche Einflüsse ausüben.
Außerhalb der Galaxienhaufen, wo Gezeitenkräfte weniger Einfluss haben, ist das Gas vergleichsweise ruhig im Verlauf von über zehn Milliarden Jahren kollabiert. Dort sind die Sternentstehungen und die Abfolge der Sternpopulationen schrittweise vor sich gegangen. Auch die Kollisionen und Verschmelzungen von Galaxien sind dort langsamer und stufenweise verlaufen. Elliptische Galaxien finden sich meistens in dichten Galaxienhaufen. Demnach bildeten sich elliptische Galaxien unter starkem Einfluss von Gezeitenkräften, vermutlich aus schon vorhandenen Scheibengalaxien oder aus gasreichen Protogalaxien.
Kollisionsphasen und Galaxienverschmelzungen Verschmelzungen von Galaxien dauern mehrere hundert Millionen Jahre bis 1,5 Milliarden Jahre, die Beruhigungsprozesse dauern noch wesentlich länger. Dabei nähern sich die Objekte zunächst einander an und umkreisen sich. Hier spielt es eine Rolle, wie groß bzw. wie schwer die Galaxien im Vergleich zueinander sind. Die Bezugspunkte für die Kreisbahnen sind hier die Zentren (Kerne) der Sterneninseln. Die Umkreisungen werden dann immer enger. In den meisten Fällen durchdringen sich die Galaxien dabei mehrmals gegenseitig, bevor sie schließlich verschmelzen. Durch das gegenseitige Durchdringen werden die ursprünglichen Formen gesprengt und es wird Materie wie Gas und Sterne ausgetauscht. Die Schwerkraft muss ausreichen, um die zerrissenen Galaxien zusammenzuhalten. Im anderen Fall driften sie nach dem ersten Durchdringen auseinander.
Annäherungsphase (engl. Pre-Collision): Im linken Bild der Simulation ist die Annäherungsphase zweier scheibenförmiger Galaxien zu sehen. Annäherungsgeschwindigkeiten liegen in den Dimensionen von unter 100 km/s bis zu über 1.000 km/s in extremen Fällen. Bei der Kollision von Kernregionen zweier Galaxien können allerdings Geschwindigkeiten von 3.000 km/s und mehr bestehen. Bei der Annäherung verändern sich die inneren Strukturen der beiden Galaxien und es können bereits bei der Annäherung Gas- und Sternenbrücken zwischen ihnen bestehen. Die Galaxiekerne beschreiben bei der Annäherung einen parabolischen Bahnverlauf. Einschlag (engl. Impact): Das Bild in der Mitte zeigt, wie sich die beiden Objekte an ihren Rändern durchstreifen. Die Galaxiekerne treffen hier nicht aufeinander. Die Galaxien verformen sich und tauschen Material aus. An ihrem nächstgelegenen Punkt zueinander wirkt die Gezeitenkraft des jeweils anderen Kollisionspartners auf jede Galaxie. Durch diesen Impuls bilden sich auf ihren zueinander abgewandten Seiten Gezeitenarme aus (rechtes Bild). Durch Schocks und Strömungen in den Galaxiescheiben wird dort die interstellare Materie verdichtet. Selbstgravitation (engl. Gravitational Response) und Pause: Im rechten Bild sind die ursprünglichen Galaxien sowohl in ihren äußeren Formen als auch in den inneren Geschehen verändert und die Massenverhältnisse der beteiligten Kollisionspartner können sich stark verlagert haben. Die Galaxien entfernen sich zunächst wieder voneinander. Durch die so genannte Selbstgravitation der Galaxiescheiben können dann Spiralarme und/oder Balken erzeugt oder verstärkt werden, was eine mögliche Rückantwort auf die vorangegangenen Verdichtungsprozesse sein kann. Es hängt allerdings stark von den inneren Strukturen der Galaxien und ihren Bahnverläufen zueinander ab, wie sich die Objekte verformen. Beim Auseinanderdriften gelangen die Kollisionspartner dann zunächst in die Pausenphase (engl. Pause). Es hängt nun von den Massen- und Geschwindigkeitsverhältnissen ab, ob die Galaxien sich später wieder aufeinanderzubewegen, was letztlich zu einer Verschmelzung führen würde, oder ob sie nach diesem ersten Zusammentreffen endgültig auseinandertreiben. Verschmelzungsphase (engl. Merging): Die Bewegungen der Galaxien zueinander geraten in immer kreisförmigere und engere Bahnen, was die Zusammenstöße der Gaswolken intensiviert. Daraus bildet sich unter hohem Druck eine dichte Gaswolke im Zentrum. Diese Wolke wird durch den hohen Druck instabil und fällt zusammen. Dabei bildet das Gas neue Sterne. Auf diese Weise entstehen extrem viele Sterne, was in dieser Form Sternentstehungsausbruch (englisch Starburst) genannt wird. Ein großer Anteil des Gases wird durch die gewaltigen Energien der neuen Sterne aus dem Sternensystem hinaus geblasen. Es verbleiben viele Sterne und wenig Gas. Dadurch können in diesen Galaxien später lange keine oder fast keine neuen Sterne mehr entstehen. Eine auf diese Art neu gebildete Galaxie besteht also aus gemeinsam alternden Sternen, wobei kaum mehr jüngere Sterne nachkommen. Bei der Verschmelzung von größeren Galaxien entstehen meist elliptische Galaxien (vgl. Abschnitt über die kosmologische Hierarchie). In den heutigen elliptischen Galaxien befinden sich daher fast ausschließlich sehr alte Sterne gleicher Generation (Sternpopulation) mit ähnlicher Masse wie die Sonne. In anderen Galaxietypen sind sowohl unterschiedliche Sternpopulationen als auch höhere Mengen an Gas vorhanden. Beruhigungsphase (engl. Relaxation): Nach der Vereinigung muss die neu gebildete Galaxie mehrere Rotationsperioden durchlaufen, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat. Dieser Zeitraum ist verglichen mit den vorhergehenden Prozessen relativ lang. In den Galaxiezentren betragen die Zeitspannen zwar nur etwa hundert Millionen Jahre, in den äußeren Bereichen aber mehrere Milliarden Jahre.
Wenn Galaxien kollidieren oder verschmelzen, treiben die Sterne der Galaxien aneinander vorbei. Kollisionen von Sternen sind dabei sehr unwahrscheinlich, weil sie nur einen extrem geringen Bruchteil des Raumes einnehmen. Die Gaswolken kollidieren allerdings und verlieren dabei Bahnenergie. Dadurch entstehen viele Kugelsternhaufen, die bei den meisten älteren Galaxien, die in der Regel schon mehrere Kollisionsprozesse durchlaufen haben, gleichmäßig als Sphäre verteilt sind. Diese sphärischen Strukturen bestehen zum Teil aus älteren Sternhaufen, die schon vor der letzten Kollision bestanden und neueren Sternhaufen, die bei der jüngsten Kollision entstanden sind.
Polarring-Galaxien miniatur|hochkant|NGC 4650 – Eine Polarring-Galaxie des Untertyps Floppy/Sombrero Polarring-Galaxien sind sehr seltene Objekte. Man hat bis heute nur etwa 100 Exemplare entdeckt. Dieser Galaxientyp entsteht vermutlich durch die Verschmelzung einer größeren mit einer kleineren Galaxie. Bei einem solchen Objekt hat sich durch die Verschmelzung ein zumindest zeitweilig stabiler Sternenring gebildet. Der Ring steht senkrecht zur Ebene der Hauptgalaxie und rotiert in seiner Ebene.