Astronomie

Die vorangegangene Beschreibung der Sternentwicklung basiert auf Berechnungen. Allerdings vollendet kein Stern seine Hauptreihenlebensdauer oder seine Entwicklung zu einem roten Riesen schnell genug, um diese strukturellen Veränderungen zu beobachten. Glücklicherweise hat uns die Natur eine indirekte Möglichkeit gegeben, unsere Berechnungen zu testen.

Anstatt die Entwicklung eines einzelnen Sterns zu beobachten, können wir eine Gruppe oder einen Cluster von Sternen betrachten. Wir suchen nach einer Gruppe von Sternen, die im Weltraum sehr nahe beieinander liegen, durch die Schwerkraft zusammengehalten werden und sich oft um ein gemeinsames Zentrum bewegen. Dann ist es vernünftig anzunehmen, dass die einzelnen Sterne in der Gruppe alle fast zur gleichen Zeit aus derselben Wolke und mit derselben Zusammensetzung entstanden sind. Wir erwarten, dass sich diese Sterne nur in der Masse unterscheiden werden. Und ihre Massen bestimmen, wie schnell sie jede Phase ihres Lebens durchlaufen.Da sich Sterne mit höheren Massen schneller entwickeln, können wir Cluster finden, in denen massereiche Sterne ihre Hauptsequenzphase bereits abgeschlossen haben und zu roten Riesen werden, während Sterne mit geringerer Masse im selben Cluster noch in der Hauptsequenz sind oder sogar – wenn der Cluster sehr jung ist — eine Gravitationskontraktion vor der Hauptsequenz durchlaufen. Wir können viele Stadien der Sternentwicklung unter den Mitgliedern eines einzelnen Clusters sehen, und wir können sehen, ob unsere Modelle erklären können, warum die H–R-Diagramme von Clustern unterschiedlichen Alters so aussehen, wie sie es tun.Die drei grundlegenden Arten von Clustern, die Astronomen entdeckt haben, sind Kugelsternhaufen, offene Cluster und Sternassoziationen. Ihre Eigenschaften sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Wie wir im nächsten Abschnitt dieses Kapitels sehen werden, enthalten Kugelsternhaufen nur sehr alte Sterne, während offene Cluster und Assoziationen junge Sterne enthalten.

Tabelle 1. Eigenschaften von Sternhaufen
Charakteristik	Kugelsternhaufen	Offene Cluster	Assoziationen
Anzahl in der Galaxie	150	Tausende	Tausende
Lage in der Galaxie	Halo und zentrale Ausbuchtung	Scheibe (und Spiralarme)	Spiralarme
Durchmesser (in Lichtjahren)	50-450	<30	100-500
Masse MSun	104-106	102-103	102-103
Anzahl der Sterne	104-106	50-1000	102-104
Farbe der hellsten Sterne	Rot	Rot oder blau	Blau
Leuchtkraft des Clusters (LSun)	104-106	102-106	104-107
Typisches Alter	Milliarden von Jahren	Einige hundert Millionen Jahre bis, bei ungewöhnlich großen Clustern, mehr als eine Milliarde Jahre	Bis zu ungefähr 107 Jahren

Kugelsternhaufen

Kugelsternhaufen erhielten diesen Namen, weil sie nahezu symmetrische runde Systeme von typischerweise Hunderttausenden von Sternen sind. Der massereichste Kugelsternhaufen in unserer eigenen Galaxie ist Omega Centauri, der etwa 16.000 Lichtjahre entfernt ist und mehrere Millionen Sterne enthält (Abbildung 1). Beachten Sie, dass die hellsten Sterne in diesem Cluster, bei denen es sich um rote Riesen handelt, die bereits die Hauptreihenfolgephase ihrer Entwicklung abgeschlossen haben, rot-orange gefärbt sind. Diese Sterne haben typische Oberflächentemperaturen um 4000 K. Wie wir sehen werden, gehören Kugelsternhaufen zu den ältesten Teilen unserer Milchstraße.

Wie wäre es, in einem Kugelsternhaufen zu leben? In den dichten zentralen Regionen wären die Sterne etwa eine Million Mal näher beieinander als in unserer eigenen Nachbarschaft. Wenn die Erde einen der inneren Sterne in einem Kugelsternhaufen umkreisen würde, wären die nächsten Sterne Lichtmonate und nicht Lichtjahre entfernt. Sie würden immer noch als Lichtpunkte erscheinen, wären aber heller als jeder der Sterne, die wir an unserem eigenen Himmel sehen. Die Milchstraße wäre wahrscheinlich schwer durch den hellen Dunst des Sternenlichts zu sehen, der vom Cluster erzeugt wird.

In unserer Galaxie sind etwa 150 Kugelsternhaufen bekannt. Die meisten von ihnen befinden sich in einem kugelförmigen Halo (oder einer Wolke), der die flache Scheibe umgibt, die von den meisten Sternen unserer Galaxie gebildet wird. Alle Kugelsternhaufen sind sehr weit von der Sonne entfernt, und einige befinden sich in Entfernungen von 60.000 Lichtjahren oder mehr von der Hauptscheibe der Milchstraße. Die Durchmesser von Kugelsternhaufen reichen von 50 Lichtjahren bis zu mehr als 450 Lichtjahren.

Offene Galaxienhaufen

Offene Galaxienhaufen befinden sich in der Scheibe der Galaxie. Sie haben eine Reihe von Altersstufen, einige so alt wie, oder sogar älter als, unsere Sonne. Die jüngsten offenen Cluster sind immer noch mit der interstellaren Materie verbunden, aus der sie entstanden sind. Offene Haufen sind kleiner als Kugelsternhaufen, haben normalerweise Durchmesser von weniger als 30 Lichtjahren und enthalten typischerweise nur einige Dutzend bis mehrere hundert Sterne (Abbildung 2). Die Sterne in offenen Haufen erscheinen normalerweise auch in den zentralen Regionen gut voneinander getrennt, was erklärt, warum sie „offen“ genannt werden.“ Unsere Galaxie enthält Tausende von offenen Haufen, aber wir können nur einen kleinen Teil von ihnen sehen. Interstellarer Staub, der ebenfalls in der Scheibe konzentriert ist, dimmt das Licht entfernterer Cluster so stark, dass sie nicht mehr nachweisbar sind.Obwohl die einzelnen Sterne in einem offenen Haufen Milliarden von Jahren überleben können, bleiben sie typischerweise nur wenige Millionen Jahre oder höchstens einige hundert Millionen Jahre als Haufen zusammen. Dafür gibt es mehrere Gründe. In kleinen offenen Clustern kann die durchschnittliche Geschwindigkeit der Mitgliedssterne innerhalb des Clusters höher sein als die Fluchtgeschwindigkeit des Clusters, und die Sterne werden allmählich aus dem Cluster „verdampfen“. Enge Begegnungen von Mitgliedssternen können auch die Geschwindigkeit eines der Mitglieder über die Fluchtgeschwindigkeit hinaus erhöhen. Alle paar hundert Millionen Jahre oder so kann der Cluster eine enge Begegnung mit einer riesigen Molekülwolke haben, und die von der Wolke ausgeübte Gravitationskraft kann den Cluster auseinanderreißen.

Mehrere offene Cluster sind mit bloßem Auge sichtbar. Am bekanntesten unter ihnen sind die Plejaden (siehe Abbildung 5 in Cosmic Dust), die als winzige Gruppe von sechs Sternen erscheinen (manche Menschen können sogar mehr als sechs sehen, und die Plejaden werden manchmal die sieben Schwestern genannt). Dieser Cluster ist wie ein kleiner Tauchlöffel angeordnet und im Sternbild Stier, dem Stier, zu sehen. Ein gutes Fernglas zeigt Dutzende von Sternen im Cluster, und ein Teleskop zeigt Hunderte. (Eine Autofirma, Subaru, hat seinen Namen von der japanischen Bezeichnung für diesen Cluster; Sie können die Sterngruppe auf dem Subaru-Logo sehen.)

Die Hyaden sind ein weiterer berühmter offener Cluster im Stier. Mit bloßem Auge erscheint es als eine V-förmige Gruppe schwacher Sterne, die das Gesicht des Stiers markieren. Teleskope zeigen, dass Hyades tatsächlich mehr als 200 Sterne enthält.

Stellare Assoziationen

Eine Assoziation ist eine Gruppe extrem junger Sterne, die typischerweise 5 bis 50 heiße, helle O- und B-Sterne enthält, die über eine Region des Weltraums mit einem Durchmesser von etwa 100 bis 500 Lichtjahren verstreut sind. Zum Beispiel bilden die meisten Sterne im Sternbild Orion eine der nächsten Sternassoziationen. Assoziationen enthalten auch Hunderte bis Tausende von massearmen Sternen, aber diese sind viel schwächer und weniger auffällig. Die Anwesenheit von wirklich heißen, leuchtenden Sternen zeigt an, dass die Sternentstehung in der Assoziation in den letzten Millionen Jahren oder so stattgefunden hat. Da O-Sterne ihr ganzes Leben in nur etwa einer Million Jahren durchlaufen, wären sie nicht mehr da, es sei denn, die Sternentstehung hat kürzlich stattgefunden. Es ist daher nicht verwunderlich, dass Assoziationen in Regionen gefunden werden, die reich an Gas und Staub sind, die zur Bildung neuer Sterne erforderlich sind. Es ist wie ein brandneues Gebäude, das immer noch von einigen der Baumaterialien umgeben ist, mit denen es gebaut wurde, und die Landschaft zeigt immer noch Anzeichen von Bauarbeiten. Auf der anderen Seite sind viele unserer Sicht verborgen, da Assoziationen wie gewöhnliche offene Cluster in Regionen liegen, die von staubiger interstellarer Materie besetzt sind.

Glossar

Assoziation: eine lose Gruppe junger Sterne, deren Spektraltypen, Bewegungen und Positionen am Himmel auf einen gemeinsamen Ursprung hindeuten

Kugelsternhaufen: einer von etwa 150 großen, kugelförmigen Sternhaufen (jeweils mit Hunderttausenden von Sternen), die ein System von Clustern im Zentrum unserer Galaxie bilden

offener Sternhaufen: Ein vergleichsweise loser Sternhaufen mit einigen Dutzend bis zu einigen tausend Mitgliedern, der sich in den Spiralarmen oder der Scheibe unserer Galaxie befindet; manchmal als galaktischer Haufen bezeichnet