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KUGELSTERNHAUFEN
Wenn Weiße Zwerge einen Kick bekommen
von Stefan Deiters
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5. Dezember 2007

Kugelsternhaufen gehören zu den ältesten Objekten unserer Milchstraße und bestehen aus Sternen, die alle zur selben Zeit entstanden sind. Astronomen dachten bislang, dass sie die Entwicklung dieser Sternhaufen und die Verteilung der Sterne darin relativ gut verstanden hätten, bis sie mithilfe des Weltraumteleskops Hubble Weiße Zwerge an einer Stelle entdeckten, an der sie eigentlich gar nicht sein sollten.

NGC 6397

Der Kugelsternhaufen NGC 6397 (links von der Erde aus) und einige der von Hubble entdeckten Weißen Zwerge (rechts). Bild: NASA, ESA und H. Richer (University of British Columbia, Hubble-Bild) / D. Verschatse (Antilhue Observatory, Chile, bodengestützte Aufnahme)  [Großansicht]

Von den Vorgängen in Kugelsternhaufen, die zu den ältesten Objekten in unserer Milchstraße zählen, hatten Astronomen eigentlich eine recht klare Vorstellung: In diesen oft viele Milliarden Jahre alten Ansammlungen von 100.000 bis zu einer Millionen Sternen haben sich die Sonnen im Laufe der Zeit säuberlich gemäß ihrer Masse angeordnet: Massereichere Sterne finden sich häufiger im Zentrum der Haufen, "leichtere" Exemplare in den äußeren Regionen. Astronomen nennen dies Massensegregation.

Soweit die Theorie. Mit Hilfe des Weltraumteleskops Hubble entdeckten Astronomen aber nun, dass sich im Kugelsternhaufen NGC 6397 vor allem junge Weiße Zwerge am Rande des Haufens aufhalten. "Die Verteilung der jungen Weißen Zwerge war damit genau das Gegenteil von dem, was wir erwartet hatten", erklärt Harvey Richer von der University of British Columbia in Vancouver. "Um das zu erklären, vermuten wir, dass alte Sterne, die zu Weißen Zwergen werden, eine Art Kick bekommen, der sie mit Geschwindigkeiten von drei bis fünf Kilometern pro Sekunde in die äußeren Bereiche des Sternhaufens katapultiert."

Richer glaubt, dass die Sterne sich selbst beschleunigen, indem sie Materie ungleichförmig ins All abblasen. Das kann beispielsweise in der Roten Riesenphase eines Sterns passieren, während der ein Stern oft die Hälfte seiner Masse verliert. Geschieht das nicht in alle Richtungen gleichmäßig, wird der Stern beschleunigt. Bei planetarischen Nebeln, einem Zwischenstadium zwischen Roter Riesenphase und Weißer Zwerg-Phase hätte man, so Richer, schon häufiger ungleichförmige Massenauswürfe und auch gebündelte Teilchenstrahlen, sogenannte Jets, entdeckt.

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Die Idee, dass Weiße Zwerge bei ihrer Entstehung einen "Kick" bekommen, ist nicht neu: Schon vor rund 30 Jahren wurde diese Theorie vorgeschlagen, um zu erklären, warum sich so wenig Weiße Zwerg in offenen Sternhaufen befinden. Vor einigen Jahren dann zeigten Computersimulationen, dass ein Kick tatsächlich als Erklärung in Frage kommen könnte. Nur sind Kugelsternhaufen deutlich massereicher als offene Sternhaufen und die Frage ist, ob das, was bei offenen Sternhaufen funktioniert auch ausreichen kann, um die jetzigen Beobachtungen in Kugelsternhaufen zu erklären.

Auf das Problem aufmerksam wurde Richer und seine Kollegen in dem 11,5 Milliarden Jahre alten und 8.500 Lichtjahre von uns entfernten Kugelsternhaufen NGC 6397, einem von rund 150 bekannten Kugelsternhaufen der Milchstraße. Das Team untersuchte 22 junge Weiße Zwerge, die jünger als 800 Millionen Jahre alt waren und 62 ältere Weiße Zwerge, deren Alter zwischen 1,4 und 3,5 Milliarden Jahren lag. Jüngere Weiße Zwerge sind heißer und somit blauer und heller als ältere Vertreter und lassen sich daher unterscheiden.

Die älteren Weißen Zwerge in dem Haufen verhielten sich genauso, wie die Astronomen erwartet hatten: Sie waren entsprechend ihrer Masse im Haufen verteilt, die massereicheren unter ihnen fanden sich also vermehrt im Zentrum. Bei den jungen Weißen Zwergen sah es jedoch anders aus: Sie befanden sich überwiegend am Rand des Haufens. Da ihre Vorgängersterne die schwersten Sonnen in dem Sternhaufen waren, hätten sie sich eigentlich überwiegend im Zentrum aufhalten müssen. Um diese Verteilung zu erklären, müssen sie bei ihrer Entstehung also eine Art "Kick" bekommen haben.

"Als wir die Verteilung und die Unterschiede erstmals in eine Grafik eingetragen hatten, dachten wir 'du meine Güte, was ist denn da passiert'", erinnert sich Saul Davis, Doktorand an der University of British Columbia. "Lange Zeit dachten wir, wir hätten einen Fehler gemacht, aber was wir auch anstellten, das Ergebnis blieb immer gleich."

Das Team hat diverse andere Erklärungsmöglichkeiten für den Fund erwogen, konnte aber alle - teilweise auch nach Durchführung von Computersimulationen - ausschließen. Das Kick-Szenario ist somit die einzige Erklärung die übrig bleibt. Die Astronomen veröffentlichen ihre Ergebnisse in der Januar-Ausgabe der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society und hoffen in Zukunft noch andere Kugelsternhaufen nach Weißen Zwergen an unerwarteten Orten absuchen zu können.

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siehe auch
Hubble: Alte Sterne, neue Erkenntnisse - 21. August 2006
Hubble Heritage: Blick ins Zentrum von NGC 6397 - 12. August 2003
Links im WWW
HubbleSite, Original-Pressemitteilung des STScI
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