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KUGELSTERNHAUFEN
Blue Straggler verraten dynamisches Alter
von Stefan Deiters
astronews.com
19. Dezember 2012

Kugelsternhaufen gehören mit zu den ältesten Bestandteilen unserer Milchstraße. Obwohl sie alle ungefähr zur gleichen Zeit entstanden sind, unterscheiden sie sich doch dynamisch deutlich voneinander. Nun gelang es, den unterschiedlichen dynamischen Alterungsprozess der Haufen allein aus Beobachtungen abzuleiten. Dabei halfen den Astronomen einige eigentümliche Sterne.

NGC 6388

Der Kugelsternhaufen NGC 6388 in einer Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble. Es handelt sich um einen Haufen, der mit mittlerer Geschwindigkeit dynamisch gealtert ist. Bild: NASA, ESA, F. Ferraro (University of Bologna)   [Großansicht]

Kugelsternhaufen sind gewaltige Ansammlungen von 100.000 oder noch deutlich mehr Sternen, die alle durch ihre gegenseitige Anziehungskraft zusammengehalten werden. Mit einem Alter von typischerweise zwölf bis 13 Milliarden Jahren gehören sie mit zu den ältesten Objekten in unserer Milchstraße. In ihnen finden sich zudem auch die ältesten Sterne unserer Heimatgalaxie.

In der Milchstraße kennt man ungefähr 150 dieser Kugelsternhaufen. Und obwohl sie alle etwa zur selben Zeit entstanden sind, unterscheiden sie sich doch oft auf ganz eigentümliche Weise. Kugelsternhaufen entwickeln sich nämlich auch dynamisch weiter, wodurch sich beispielsweise die Verteilung der Sterne im Haufen ändert. So wandern massereichere Sterne, durch einen als Massensegregation bezeichneten Prozess, im Verlauf dieser dynamischen Entwicklung des Haufens in Richtung des Haufenzentrums. Einige Haufen scheinen allerdings dynamisch jünger zu sein als andere.

"Alle diese Sternhaufen sind vor vielen Milliarden Jahren entstanden", erläutert Francesco Ferraro von der Universität im italienischen Bologna, der die jetzt vorgestellte Untersuchung leitete. "Aber wir haben uns gefragt, ob einige vielleicht schneller altern als andere. Durch die Beobachtung eines bestimmten Typs von blauen Sternen, die sich in diesen Haufen finden lassen, haben wir entdeckt, dass sich einige Haufen tatsächlich sehr viel schneller entwickelt haben und auch eine Methode gefunden, um ihrer Alterungsrate zu messen."

Da die Sterne eines Kugelsternhaufens alle zur selben Zeit entstanden und die Haufen sehr alt sind, sollte es in ihnen keine hellen, massereichen Sterne mehr geben. Massereiche Sonnen entwickeln sich nämlich deutlich schneller als ihre masseärmeren Geschwister, da sie mit ihrem nuklearen Brennstoff sehr viel verschwenderischer umgehen.

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Überraschenderweise entdeckte man in Kugelsternhaufen trotzdem helle, bläuliche Sterne, die sogenannten Blue Straggler, also "blaue Nachzügler". Sie sind, so die Theorie der Astronomen, durch Kollision und Verschmelzung masseärmerer Sterne oder durch einen Massenübertrag in einem engen Doppelsternsystem entstanden, wodurch die Sonnen praktisch wieder verjüngt wurden (astronews.com berichtete). Da diese Blue Straggler eine vergleichsweise hohe Masse aufweisen, sollten sie auch merklich von der Massensegregation betroffen sein. Die hellen Sterne eignen sich daher besonders für das Studium der dynamischen Entwicklung eines Kugelsternhaufens.

Die Astronomen untersuchten mithilfe des MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskops am La Silla Observatorium der europäischen Südsternwarte ESO, dem Weltraumteleskop Hubble und anderen Teleskopen die Verteilung von Blue Stragglern in 21 verschiedenen Kugelsternhaufen der Milchstraße.

Dabei stellte sich heraus, dass einige Haufen recht jung erscheinen - die Blau Straggler sind im gesamten Haufen verteilt. Eine weitaus größere Gruppe sieht hingegen dynamisch alt aus: Hier sind die Blue Straggler vor allem im Zentrum der Haufen zu finden. Eine dritte Gruppe scheint sich gerade in einer Übergangsphase zu befinden, in der sich zunächst die Blue Straggler in Zentrumsnähe weiter nach Innen bewegen und anschließend auch die weiter entfernten Blue Straggler.

"Da diese Haufen ungefähr alle zur gleichen Zeit entstanden sind, lassen sich daraus große Unterschiede in der Entwicklung der einzelnen Haufen ablesen", erklärt Barbara Lanzoni aus Bologna, eine Co-Autorin der Studie. "Im Fall der schnell alternden Haufen glauben wir, dass der Segregationsprozess innerhalb von einigen Hundert Millionen Jahren abgeschlossen sein wird, während er bei den langsam alternden Haufen noch um ein Vielfaches länger als das gegenwärtige Alter des Universums andauern sollte. "

Durch das Absinken der massereichsten Sterne eines Haufens zum Zentrum, kommt es im Verlauf der dynamischen Entwicklung schließlich zu einem als Core Collaps bezeichneten Phänomen, durch das sich im Haufenzentrum eine extrem hohe Dichte von Sternen einstellt. Die Prozesse, die zu einem solchen Core Collaps führen, sind theoretisch sehr gut verstanden und werden von der Anzahl, der Dichte und der Geschwindigkeit der Sterne eines Haufens beeinflusst.

Die genaue Rate der dynamischen Entwicklung kannte man hingegen nicht, da sich zwar Anzahl und Dichte der Sterne eines Haufens bestimmen lassen, nicht aber ihre Geschwindigkeit. Man war daher bisher auf theoretische Überlegungen angewiesen. In der jetzt vorgestellten Studie konnte der dynamische Alterungsprozess von Kugelsternhaufen somit erstmals auf Grundlage von Beobachtungen nachgewiesen werden.

Die Astronomen berichten über ihre Untersuchung in der in dieser Woche erscheinenden Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature.

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Blue Straggler verraten dynamisches Alter von Kugelsternhaufen. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Hubble: Kosmische Verjüngungskur für alte Sterne - 23. Dezember 2009
Kugelsternhaufen: Blue Straggler und die Massensegregation - 25. Oktober 2006
Links im WWW
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