16.200 km/h schnelle Sterne überraschen Astronomen

4. Juni 2010, 14:12
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Forscher versuchten auf das weitere Schicksal eines Sternhaufens zu schließen

Offene Sternhaufen - ein bekanntes Beispiel sind die Plejaden - sind nicht von Dauer: Im Laufe von Dutzenden von Millionen Jahren laufen ihre Sterne auseinander. Massereiche, kompakte Sternhaufen dagegen gehen in ihrer Entwicklung einen anderen Weg: Über kurz oder lang ziehen sie sich zu langlebigen Kugelsternhaufen zusammen.

Mit mehr als 10.000 Mal der Masse der Sonne, konzentriert in einem Volumen mit nur drei Lichtjahren Durchmesser, ist der junge Sternhaufen in dem Nebel NGC 3603 einer der kompaktesten Sternhaufen in unserer Heimatgalaxie. Im Vergleich dazu ist unsere Ecke der Milchstraße an Sternen nur dünn besiedelt: Im Umkreis von zehn Lichtjahren finden sich keine 30 Sonnen. Astronomen wollten nun herausfinden, ob NGC 3603 auf dem Weg zu einem Kugelsternhaufen ist oder irgendwann auseinanderdriften wird.

Um das festzustellen haben die Wissenschafter unter der Leitung von Wolfgang Brandner vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Forscher von der Universität zu Köln mit Hilfe des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble die Bewegung einiger Sterne des Haufens hochpräzise vermessen. Der Vergleich von Beobachtungen, die zehn Jahre auseinander liegen, brachte eine Überraschung: Unerwarteter Weise haben die Sterne des Haufens noch keinen langfristig stabilen Gleichgewichtszustand erreicht. Und noch etwas zeigte sich: Die Sterne bewegten sich mit 16.200 Kilometer pro Stunde durchs All.

Ultragenaue Messungen

Die dafür nötigen Messungen sind ausnehmend schwierig. Zum Vergleich: Angenommen, ein Stern bewege sich von der Erde aus gesehen mit einer Geschwindigkeit von einigen Kilometern pro Sekunde seitwärts - eine typische Geschwindigkeit für Sterne in Sternhaufen. Aus einer Entfernung von 20.000 Lichtjahren betrachtet (dem Abstand von NGC 3603 zur Erde) verändert sich die Position eines solchen Sterns am Nachthimmel nur um einige Milliardstel eines Winkelgrads pro Jahr. Auch mit modernsten Instrumenten und Auswertungsmethoden stellt der Nachweis solch winziger Verschiebungen eine große Herausforderung dar.

Mit Hilfe zweier Beobachtungen, die im Abstand von zehn Jahren mit ein und derselben Kamera des Weltraumteleskops Hubble durchgeführt wurden, und dank aufwändiger Auswertungen, die eine Vielzahl von Störquellen berücksichtigen, konnten Brandner und seine Kollegen die nötige Genauigkeit erreichen.

Insgesamt beobachteten die Astronomen 800 Sterne. Für 234 konnten die Astronomen hinreichend genaue Geschwindigkeitsmessungen vornehmen. Boyke Rochau (MPIA), der Erstautor des Fachartikels im Astrophysical Journal, erklärt: "Unsere Messungen sind bis auf 27 Millionstel einer Bogensekunde pro Jahr genau. Stellen Sie sich einen Beobachter in Bremen vor, der aus der Ferne ein Objekt in Wien beobachtet. Bewegt sich dieses Objekt um die Breite eines menschlichen Haares zur Seite, dann ändert sich seine scheinbare Position um 27 Millionstel einer Bogensekunde."

Überraschung

Die Verteilung der Sterngeschwindigkeiten überraschte die Forscher. Folgt man weithin akzeptierten Modellen, die mit den Beobachtungen an älteren Kugelsternhaufen gut übereinstimmen, dann sollte die Geschwindigkeit der Sterne in Haufen wie demjenigen in NGC 3603 mit ihrer Masse zusammenhängen: Im Mittel sollten sich Sterne mit geringerer Masse schneller, solche mit größerer Masse langsamer bewegen. Die Sterne des Haufens, für die sich die Geschwindigkeiten hinreichend genau bestimmen ließen, haben Massen zwischen 2 und 9 Sonnenmassen. Doch ihre mittlere Geschwindigkeit hängt nicht von der Masse ab, sondern beträgt durchweg rund 4,5 Kilometer pro Sekunde, also 16.200 Km/h.

Offenbar hat sich in diesem massereichen Sternhaufen noch kein Gleichgewicht eingestellt. Stattdessen dürften die Sterngeschwindigkeiten nach wie vor maßgeblich von den Bedigungen geprägt sein, die bei der Entstehung des Haufens herrschten, vor rund einer Million Jahren.

Die Frage, ob der massereiche junge Sternhaufen in NGC 3603 zu einem Kugelsternhaufen werden wird, bleibt daher offen. Den neuen Ergebnissen nach hängt die Antwort davon ab, welche Geschwindigkeiten die Haufensterne haben, deren Massen besonders klein sind. Diese Sterne sind zu leuchtschwach, als dass sich ihre Geschwindigkeiten mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops genau genug messen ließen. Wolfgang Brandner erklärt: "Um herauszufinden, ob die Sterne dieses Haufens mit der Zeit auseinanderlaufen werden oder nicht, sind wir auf die nächste Generation von Teleskopen angewiesen, etwa das James Webb Space Telescope (JWST), oder das European Extremely Large Telescope (E-ELT) der ESO." (red)

  • Teilansicht des Nebels NGC 3603 mit seinem zentralen, nur eine Million Jahre alten kompakten Sternhaufen. Das Blickfeld beträgt rund 160 Bogensekunden mal 160 Bogensekunden. Die gezackte Bildstruktur ergibt sich aus der Anordnung der Detektoren der Wide Field/Planetary Camera.
    foto: nasa/esa/wolfgang brandner (mpia), boyke rochau (mpia) und andrea stolte (universität zu köln)

    Teilansicht des Nebels NGC 3603 mit seinem zentralen, nur eine Million Jahre alten kompakten Sternhaufen. Das Blickfeld beträgt rund 160 Bogensekunden mal 160 Bogensekunden. Die gezackte Bildstruktur ergibt sich aus der Anordnung der Detektoren der Wide Field/Planetary Camera.

  • Die Gif-Animation zeigt den Unterschied bei den  Beobachtungen von 1997 und 2007: Die Aufnahmen wurden mit der Wide Field/Planetary Camera 2 des Weltraumteleskops Hubble vorgenommen wurden. Zu sehen ist ein Himmelsausschnitt von rund 35 mal 35 Bogensekunden.
Vergrößert sind einige Vordergrundsterne hervorgehoben, deren Bewegung im Laufe der zehn Jahre beim Vergleich direkt sichtbar ist. Die meisten Sterne des Haufens selbst bewegen sich in diesem Zeitraum nur um rund ein Zehntel eines Pixels; ihre Bewegung kann nur durch aufwändige Datenanalyse nachgewiesen werden.
 
    foto: nasa/esa/wolfgang brandner (mpia), boyke rochau (mpia) und andrea stolte (universität zu köln)

    Die Gif-Animation zeigt den Unterschied bei den Beobachtungen von 1997 und 2007: Die Aufnahmen wurden mit der Wide Field/Planetary Camera 2 des Weltraumteleskops Hubble vorgenommen wurden. Zu sehen ist ein Himmelsausschnitt von rund 35 mal 35 Bogensekunden.

    Vergrößert sind einige Vordergrundsterne hervorgehoben, deren Bewegung im Laufe der zehn Jahre beim Vergleich direkt sichtbar ist. Die meisten Sterne des Haufens selbst bewegen sich in diesem Zeitraum nur um rund ein Zehntel eines Pixels; ihre Bewegung kann nur durch aufwändige Datenanalyse nachgewiesen werden.

     

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