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KUGELSTERNHAUFEN
Das Alter von Sternen und ihre Bahnen
von Stefan Deiters
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19. Juli 2013

Mithilfe des Weltraumteleskops Hubble ist es Astronomen gelungen, im Kugelsternhaufen 47 Tucanae zwei Gruppen von Sternen zu identifizieren, deren Bahnen sich auf charakteristische Weise unterscheiden. Die Sterne der beiden Gruppen wurden offenbar zu unterschiedlichen Zeiten in der Geschichte des Sternhaufens geboren.

47 Tuc

Der Kugelsternhaufen 47 Tucanae. Rechts der Bereich, in dem die Astronomen die Bewegung der einzelnen Haufensterne untersuchten. Bild: NASA, ESA, Digitized Sky Survey (DSS; STScI / AURA / UKSTU / AAO), H. Richer und J. Heyl (University of British Columbia) und J. Anderson und J. Kalirai (STScI) [Großansicht]

Kugelsternhaufen gehören mit zu den ältesten Bestandteilen der Milchstraße und ihre Beobachtung gewährt den Astronomen einen Blick in die Entstehungsphase unserer Heimatgalaxie. Die Sterne eines Kugelsternhaufens werden alle durch ihre gegenseitige Anziehungskraft zusammengehalten und sollten ungefähr zum gleichen Zeitpunkt entstanden sein. Dies macht die Untersuchung von Kugelsternhaufen auch für Forscher interessant, die sich für Sternentwicklung interessieren.

In den letzten Jahren ist es aber wiederholt gelungen, unter den Sternen eines Kugelsternhaufens geringe Altersunterschiede nachzuweisen - auch bei 47 Tucanae, einem der hellsten der ungefähr 150 bekannten Kugelsternhaufen der Milchstraße. Er hat einen Durchmesser von etwa 120 Lichtjahren und liegt in einer Entfernung von 16.700 Lichtjahren im Sternbild Tukan. Der entdeckte Altersunterschied der Sterne des Haufens ist allerdings vergleichsweise gering: 47 Tucanae ist rund 10,5 Milliarden Jahre alt, das Alter seiner Sterne unterscheidet sich um weniger als 100 Millionen Jahre.

Harvey Richer von der University of British Columbia und seinen Kollegen ist es nun durch die Kombination von neuen Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble mit Archivmaterial aus insgesamt acht Jahren gelungen, die Bewegung der Sterne in einem Teilbereich von 47 Tucanae zu verfolgen. Die Daten erlaubten es den Astronomen erstmals eine Verbindung zwischen dem Alter der Sterne und ihren Bahnen in dem Haufen herzustellen.

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"Wenn man die Bewegung von Sternen untersucht gilt: Je länger die Zeitspanne der Beobachtung der Sterne, desto genauer lässt sich ihre Bewegung messen", erklärt Richer. "Diese Daten sind so gut, dass wir tatsächlich die Bewegung einzelner Sterne in dem Haufen erkennen können. Die Daten liefern uns detaillierte Beweise, um zu verstehen, wie sich verschiedene stellare Populationen in solchen Haufen bilden konnten."

Dass in Kugelsternhaufen doch nicht alle Sterne exakt die gleiche chemische Zusammensetzung haben, wie man es erwarten würde, wenn alle Sterne des Haufens zur gleichen Zeit entstanden sind, weiß man durch spektroskopische Untersuchungen. Die neuen Hubble-Daten bestätigen diesen Befund, ergänzen ihn jedoch noch um Informationen über die Bahnen der Sterne.

Richer hatte 47 Tucanae mit seinem Team im Jahr 2010 mit der Advanced Camera for Surveys beobachtet und zudem 754 Archivbilder ausgewertet, um die Positionsänderungen von über 30.000 Sternen des Haufens zu bestimmen. Mithilfe dieser Daten konnten die Astronomen dann ermitteln, wie schnell sich die Sterne im Haufen bewegen. Außerdem bestimmten die Forscher die Helligkeit und Temperatur der Sterne.

Auf diese Weise konnten die Astronomen zwei deutlich unterscheidbare Populationen von Sternen identifizieren: Eine Gruppe besteht aus rötlicheren Sternen, die etwas älter sind und einen geringeren Anteil an schwereren chemischen Elementen aufweisen und sich auf zufälligen kreisförmigen Bahnen um das Haufenzentrum bewegen. Die zweite Gruppe besteht aus etwas blaueren Sternen, die ein wenig jünger sind, mehr schwerere Elemente enthalten und auf eher elliptischen Bahnen kreisen.

Die chemische Zusammensetzung der älteren Sternengruppe dürfte damit der Zusammensetzung des Gases entsprechen, aus dem sich einst der Kugelsternhaufen gebildet hat. Die massereichsten Sterne dieser Gruppe hatten ihr stellares Leben aber bald schon wieder hinter sich und haben am Ende ihrer Entwicklung mit schwereren Elementen angereichertes Gas in den Haufen geblasen. Es vermischte sich mit noch vorhandenem Gas, aus dem schließlich die zweite Sterngeneration wurde, die sich vor allem im Zentrum des Haufens konzentrierte. Mit der Zeit wanderten diese Sterne dann langsam nach außen und gerieten dabei auf elliptischere Bahnen.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters.  

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siehe auch
Kugelsternhaufen: Erklärung für Altersstruktur der Sterne? - 7. Juni 2009
Hubble: Kugelsternhaufen NGC 2808 überrascht Astronomen - 10. Mai 2007
Kugelsternhaufen: Astronomen finden Gas in 47 Tucanae - 10. Oktober 2001
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
HubbleSite, Seite des STScI
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