Was ist ein Kugelsternhaufen? / Astronomy Essentials

Earthskys jährliche Crowdfunding-Kampagne ist im Gange. Im Jahr 2020 spenden wir 8,5% aller Einnahmen an No Kids Hungry. Klicken Sie hier, um mehr zu erfahren und zu spenden.Kugelsternhaufen sind dicht gepackte, symmetrische Ansammlungen von Sternen, die hauptsächlich in den ausgedehnten Sternhalos umkreisen, die die meisten Spiralgalaxien umgeben. Kugelsternhaufen enthalten einige der ältesten Sterne in einer Galaxie und sollen sich früh in ihrer Geschichte gebildet haben. Könnte es sein, dass eine Spiralgalaxie wie unsere Milchstraße – als sie sich zum ersten Mal bildete – einst eine amorphe Wolke aus Gas und Staub war? Könnten sich seine ersten Sterne in Kugelsternhaufen gesammelt haben? Könnten diese Cluster im Halo um das Zentrum einer Galaxie geblieben sein, während der Rest der sich drehenden Galaxie abgeflacht ist und Spiralarme gebildet hat? Dieses Szenario würde erklären, warum Kugelsternhaufen im Halo einer Galaxie umkreisen und ihre ältesten Sterne enthalten. Tatsache ist jedoch, dass niemand genau weiß, wie sich Kugelsternhaufen gebildet haben und welche Rolle sie bei der Entwicklung von Galaxien gespielt haben. Wir wissen, dass Kugelsternhaufen die älteste, größte und massereichste Art von Sternhaufen sind und dass sie die ältesten Sterne enthalten. Ihr Alter kann durch ihr fast vollständiges Fehlen dessen demonstriert werden, was Astronomen Metalle nennen, dh Elemente, die schwerer sind als der Wasserstoff und das Helium, die im frühen Universum vorhanden waren, bevor die ersten Sterne und Galaxien geboren wurden. Die schwereren Elemente wurden in Star Interiors geschmiedet.

Kugelsternhaufen sind groß. Sie können einen Durchmesser von 300 Lichtjahren erreichen und 10 Millionen Sterne enthalten. Im Gegensatz zu den offenen Sternhaufen – die Geschwistersterne enthalten, die durch die Scheibe unserer Galaxie und vermutlich anderer Galaxien verstreut sind – sind Kugelsternhaufen groß, symmetrisch und alt, wie die ältesten und stabilsten Bürger einer irdischen Stadt.

Hier sind einige Möglichkeiten, wie sich Kugelsternhaufen und offene Sternhaufen unterscheiden:

Kugelsternhaufen haben eine sehr symmetrische Form und sind in Richtung ihrer Zentren am dichtesten. Offene Sternhaufen haben eine unregelmäßigere Form.

Kugelsternhaufen kreisen im Halo unserer Galaxie, zentriert um das Zentrum der Galaxie und dehnen sich über und unter der galaktischen Scheibe aus. Offene Sternhaufen neigen dazu, innerhalb der Scheibe zu kreisen.Kugelsternhaufen enthalten Hunderttausende von Sternen, und einige – wie Omega Centauri, oben gezeigt – enthalten Millionen von Sternen. Offene Sternhaufen enthalten in der Regel nur Hunderte von Sternen.

Unsere eigene Milchstraße hat rund 150 Kugelsternhaufen, von denen vielleicht noch mehr auf ihre Entdeckung warten, versteckt durch galaktischen Staub. Unsere benachbarte Spiralgalaxie in Richtung des Sternbildes Andromeda – M31 oder die Andromeda-Galaxie – scheint etwa 300 Kugelsternhaufen zu haben. Einige fußballförmige, elliptische Galaxien haben auch Kugelsternhaufen, wie M87 in Richtung des Sternbildes Jungfrau, Heimat des supermassiven Schwarzen Lochs, das 2019 vom Event Horizon Telescope aufgenommen wurde. Diese riesige elliptische Galaxie, M87, besitzt schätzungsweise rund 15.000 Kugelsternhaufen, von denen bisher mehr als 1.000 direkt teleskopisch beobachtet wurden.

Kugelsternhaufen umkreisen Galaxien in Umlaufbahnen, die stark exzentrisch und stark zur galaktischen Ebene geneigt sind. Sie umkreisen die „Außenbezirke“ einer Galaxie und brauchen vielleicht ein paar hundert Millionen Jahre, um eine einzige Umlaufbahn zu vollenden. In einem Teleskop sieht ein Kugelsternhaufen wie eine unscharfe Kugel aus, wobei einzelne Sterne an der Peripherie in Richtung Zentrum zu einer festen Lichtkugel verschmelzen. Dies liegt jedoch einfach daran, dass die Sterne so nahe beieinander liegen, dass sie nicht einzeln teleskopisch aufgelöst werden können. Im Zentrum eines Kugelsternhaufens können Sterne eine Dichte zwischen 100 und 1.000 Sternen pro Kubikparsec erreichen. Das steht im Gegensatz zur Dichte der Sterne in der Nähe unserer Sonne, die auf etwa 0,14 Sterne pro Kubikparsec geschätzt wird. Wenn Sie auf einem Planeten stünden, der einen Stern in einem Kugelsternhaufen umkreist, wäre Ihr Nachthimmel extrem voll mit Sternen in der Nähe!

Die Sterne in Kugelsternhaufen sind die ältesten Bewohner der Galaxie und bestehen aus einer Population von Sternen, die Astronomen Population II nennen. Diejenigen, deren Alter gemessen wurde, sind zwischen 11 und 13 Milliarden Jahre alt und damit fast so alt wie die Galaxie selbst. Es überrascht nicht, dass sich viele dieser alten Sterne zu riesigen, aufgeblähten roten Riesensternen entwickelt haben, wie es unsere Sonne in ein paar Milliarden Jahren tun wird. Die Sterne sind extrem metallarm, das heißt – in der eigentümlichen Sprache der Astronomie – sie haben winzige Mengen an Materialien, die im Vergleich zum umgebenden interstellaren Medium schwerer als Helium sind (Astronomen bezeichnen alle Elemente, die schwerer als Helium sind, als „Metalle“). Da die schwereren Elemente in Sternen gebildet werden – und sich dann über Supernova-Explosionen im interstellaren Medium ausbreiten – ist dieser Mangel an Metallen genau das, was normalerweise von solchen alten Sternen erwartet wird. In anderen Welten bestehen Sterne der Population II fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium, den Materialien, die im frühen Universum vorhanden waren.

Es gibt jedoch ein Rätsel: Kugelsternhaufen haben auch „Abundanzanomalien“ schwererer Metalle, was bedeutet, dass Elemente vorhanden sind, die anderswo in Sternen zu finden sind, die sich in jüngerer Zeit gebildet haben. Insbesondere scheint es Überschüsse von Natrium, Kohlenstoff, Sauerstoff und Aluminium zu geben, wobei in einigen Clustern auch schwerere Metalle wie Strontium, Yttrium, Barium und Europium vorhanden sind. Diese Anomalien wurden nicht zufriedenstellend erklärt, obwohl es mehrere Erklärungen gab, wie zum Beispiel die frühe Anwesenheit von supermassiven Sternen .Der berühmteste Kugelsternhaufen der nördlichen Hemisphäre ist M13 im Sternbild Herkules, manchmal auch als Großer Kugelsternhaufen bezeichnet, der 1714 von Edmond Halley entdeckt wurde. Charles Messier fügte es später 1764 in seinen berühmten Katalog ein. In Amateurteleskopen ist es ein kleiner unscharfer Lichtfleck, etwa 22.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Im Zentrum dieses Haufens, Sterne umkreisen so eng, dass sie gelegentlich kollidieren, Ihr Tod führt zur Entstehung neuer Sterne, die als „blaue Nachzügler“ bekannt sind.“ Diese Sternpopulation ist die einzige Art neuerer Sterne in Kugelsternhaufen.Weitere bemerkenswerte Kugelsternhaufen sind M22 in Sagittarius – einer der hellsten am Himmel – M5 in Serpens und M12 in Ophiuchus. Viele der größten und hellsten Kugelsternhaufen des Nachthimmels sind am besten in Frühlingsnächten zu sehen und werden oft in sogenannten „Messier-Marathons“ gezeigt.“Kugelsternhaufen sind selbst in den kleinsten Teleskopen ein wunderbarer Anblick, obwohl ein großes Instrument benötigt wird, um einzelne Sterne in Richtung ihrer Zentren aufzulösen.

Wenn Sie sie betrachten, sehen Sie Populationen von Sternen, die in den Kinderschuhen unserer Galaxie geboren wurden!

Fazit: Kugelsternhaufen sind kugelförmige Ansammlungen von Sternen, die hauptsächlich im Sternenhalo von Spiralgalaxien umkreisen. Unsere Milchstraße hat etwa 150 Kugelsternhaufen, die einige der ältesten Sterne unserer Galaxie enthalten.