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STERNHAUFEN
Astronomen spekulieren über Dunkle Sternhaufen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bonn
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20. Oktober 2011

Bonner Astronomen spekulieren über eine neue Klasse von Himmelskörpern - über Dunkle Sternhaufen. Sie sollen aus vielen umeinander kreisenden Schwarzen Löchern und einigen Sternen bestehen. Bislang sind die Gebilde reine Hypothese, doch könnten sie, wenn es sie denn gibt, zu neuen Einsichten in Supernovae-Explosionen, Gravitationswellen sowie in die Dynamik und Entwicklung von Sternhaufen führen.

NGC 3603

Das Zentrum des kompakten Sternhaufens im Nebel NGC 3603. Könnten unter bestimmten Voraussetzungen aus solchen Sternhaufen schließlich Dunkle Sternhaufen entstehen? Bild: NASA, ESA und Wolfgang Brandner (MPIA), Boyke Rochau (MPIA) und Andrea Stolte (Universität Köln)

 Sterne entwickeln sich aus Gaswolken, die sich durch ihre Schwerkraft so stark zusammenziehen, dass schließlich in ihrem Inneren nukleare Fusionsprozesse einsetzen. Nur selten aber sind Sterne Einzelgänger, sondern treten meist in Gruppen auf. In solchen Sternhaufen entstehen unzählige Sonnen auf einmal. Wie sie sich aber im einzelnen entwickeln, hängt entscheidend von ihrer Masse ab: "War die Masse der Sterne groß genug, bleiben extrem dichte Neutronensterne und Schwarze Löcher übrig", erklärt Prof. Dr. Pavel Kroupa vom Argelander Institut für Astronomie der Universität Bonn.

Diese Schwarzen Löcher sind praktisch nicht zu sehen. Nur wenn eine Gaswolke oder ein Stern von ihrer extremen Gravitation in seiner Bahn beschleunigt wird, können Astronomen die Existenz von Schwarzen Löchern nachweisen. "Unter bestimmten Bedingungen entwickeln sich besonders viele Schwarze Löcher in einem Sternhaufen", erläutert Dr. Sambaran Banerjee vom Tata Institute of Fundamental Research im indischen Mumbai, der derzeit als Alexander-von-Humboldt-Stipendiat in Bonn arbeitet. "Wir schlagen vor, dann von einem 'Dunklen Sternhaufen' zu sprechen, der aus umeinander kreisenden Schwarzen Löchern und einigen Sternen besteht."

Auf diese hypothetischen Objekte stießen die Bonner Astronomen als sie dabei waren, die physikalischen Eigenschaften sterbender Sternhaufen zu erforschen. Die auf Hochleistungscomputern durchgeführten Rechnungen ergaben überraschend, dass sich solche "Dunkle Sternhaufen" bilden müssen. "Die Sterne führen in den Haufen chaotische Tänze auf", fasst Kroupa das Ergebnis der Simulationen zusammen. "Sie ziehen sich aufgrund der Schwerkraft gegenseitig an und wechseln deshalb laufend die Bahn." Die Gravitation hält den Sternhaufen zunächst zusammen, doch nach und nach gelingt es immer mehr masseärmeren Sternen zu entkommen. "Die durch Supernovae entstandenen schwereren Schwarzen Löcher und Neutronensterne reichern sich aber immer mehr an - der Sternhaufen wird deutlich dunkler, weil diese Komponenten kein Licht aussenden." Daraus entwickeln sich dann "Dunkle Sternhaufen".

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Bei den Supernovae-Explosionen kann es jedoch passieren, dass die daraus resultierenden Schwarzen Löcher stark beschleunigt und aus dem noch jungen Sternhaufen herausgeschleudert werden. "Dieser Kick kann mit mehreren 100 Kilometern pro Sekunde erfolgen", so Banerjee. Damit gehen aber die Schwarzen Löcher verloren und es kann sich kein "Dunkler Sternhaufen" entwickeln. "Je näher der Sternhaufen am Zentrum der Milchstraße liegt, desto größer ist die umgebende Gravitation", erläutert Kroupa. Dann können die masseärmeren Sterne im Verlauf des Bestehens des Haufens schneller entkommen, als sich die Schwarzen Löcher gegenseitig herausschießen können. "Unsere Berechnungen zeigen, dass 'Dunkle Sternhaufen' nur innerhalb eines Abstandes von ungefähr 15.000 Lichtjahren vom Zentrum der Milchstraße vorkommen können", so Banerjee. In größerer Entfernung gelingt es den masseärmeren Sternen nicht schnell genug zu entkommen und die dunkle Phase kann nicht erreicht werden kann.

"Bisher gab es keine Möglichkeit nachzuprüfen, ob die Schwarzen Löcher und Neutronensterne überhaupt in den Sternhaufen bleiben", ergänzt Kroupa. "Anhand der 'Dunklen Sternhaufen', die wir aufgrund unserer Berechnungen vorschlagen, ist dies nun aber möglich." Einen "Dunklen Sternhaufen" erkenne man daran, dass sich die noch verbleibenden Sterne in ihm deutlich schneller bewegen, als sie es dürften. "Die Sterne scheinen von einer unsichtbaren Kraft oder Masse zusammengehalten zu werden", so Banerjee. Diese Kraft sei die zusätzliche Gravitation der im Sternhaufen vorhandenen Schwarzen Löcher und Neutronensterne.

"Astronomen können nun gezielt nach 'Dunklen Sternhaufen' suchen“, schlägt Kroupa vor. "Wenn sie tatsächlich gefunden werden, dann ist eine neue exotische Klasse von Himmelskörpern entdeckt." Die dann gewonnenen Erkenntnisse würden auch das Verständnis für die Physik der Supernovae-Explosionen vervollkommnen. "Außerdem müssten die Sternhaufen dann die Quelle von Gravitationswellen sein, die Albert Einstein anhand seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt hat."

Ihre Untersuchung veröffentlichen Banerjee und Kroupa jetzt in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters.

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siehe auch
Gravitationswellen: Mit Spielkonsolen-Technik auf Wellenjagd - 15. Dezember 2009
Links im WWW
Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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