Kugelhaufen sind Regionen des Weltraums, in denen Sterne dicht zusammengepackt sind - 10.000-mal dichter als unsere lokale Sternumgebung. Neue Erkenntnisse aus dem Hubble-Weltraumteleskop haben gezeigt, dass sich Kugelhaufen selbst aussortieren, massereichere Sterne in der Mitte horten und die weniger massereichen Sterne an die Ränder schieben. Hubble hat fast 7 Jahre lang Bilder des Kugelsternhaufens 47 Tucanae aufgenommen, sodass Astronomen die Positionen der Sterne, die sich im Sternhaufen bewegen, sorgfältig aufzeichnen und dann berechnen können, wie nahe sie am Zentrum waren.
Stellen Sie sich vor, Sie versuchen zu verstehen, wie ein Fußballspiel funktioniert, indem Sie nur ein paar unscharfe Schnappschüsse des Spiels verwenden. Astronomen haben sich dieser Herausforderung gestellt, um die Dynamik des Bienenstockschwarms der Sterne in den Kugelsternhaufen zu verstehen, die unsere Milchstraßengalaxie umkreisen. Jetzt hat das Hubble-Weltraumteleskop der NASA den Astronomen die bislang besten Beobachtungsergebnisse geliefert, wonach Kugelsternhaufen Sterne nach ihrer Masse sortieren, die von einem Billardkugelspiel zwischen Sternen gesteuert wird. Schwerere Sterne werden langsamer und sinken in den Kern des Clusters, während leichtere Sterne schneller werden und sich über den Cluster bis zu seiner Peripherie bewegen. Dieser Prozess, der als „Massentrennung“ bezeichnet wird, wurde lange Zeit für Kugelsternhaufen vermutet, wurde jedoch noch nie direkt in Aktion gesehen.
Ein typischer Kugelsternhaufen enthält mehrere hunderttausend Sterne. Obwohl die Dichte der Sterne am Rande solcher Sternensysteme sehr gering ist, kann die Sternendichte in der Nähe des Zentrums mehr als 10.000-mal höher sein als in der lokalen Umgebung unserer Sonne. Wenn wir in einer solchen Region des Weltraums leben würden, wäre der Nachthimmel mit 10.000 Sternen in Flammen, die näher an uns wären als der sonnennächste Stern, Alpha Centauri, der 4,3 Lichtjahre entfernt ist (oder ungefähr das 215.000-fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne). Wie ein mit Pendlern überfülltes U-Bahn-Auto erhöht dieses überfüllte Gedränge die Wahrscheinlichkeit von Begegnungen zwischen Sternen, selbst von Kollisionen und Fusionen, stark. Das kumulative Ergebnis vieler solcher Begegnungen ist die theoretisch erwartete Massentrennung. Gleichzeitig machen es solche überfüllten Bedingungen äußerst schwierig, einzelne Sterne genau zu identifizieren.
Astronomen mussten auf die extreme Schärfe von Hubbles Vision warten, um die Bewegungen von vielen tausend Sternen in einem einzigen Kugelsternhaufen zu verfolgen. Jetzt wurden hochgenaue Geschwindigkeiten für 15.000 Sterne im Zentrum des nahe gelegenen Kugelsternhaufens 47 Tucanae gemessen - einem der dichtesten Kugelsternhaufen der südlichen Hemisphäre. Eine kleine Anzahl dieser Sterne ist von einem sehr seltenen Typ, der als „blaue Nachzügler“ bekannt ist: ungewöhnlich heiße und helle Sterne, von denen lange angenommen wurde, dass sie das Produkt von Kollisionen zwischen zwei normalen Sternen sind.
Die Geschwindigkeiten der blauen Stragglersterne stimmen mit den Vorhersagen der Massentrennung überein. Insbesondere ein Vergleich zwischen blauen Nachzüglern (die die doppelte Masse des durchschnittlichen Sterns haben) und anderen Sternen zeigt, dass sie sich erwartungsgemäß langsamer bewegen als durchschnittliche Sterne.
Mit der Weitfeld- und Planetenkamera 2 und dem neueren Instrument Advanced Camera for Surveys auf Hubble haben Georges Meylan von der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in Sauverny, Schweiz, und Mitarbeiter zehn Sätze mehrerer Bilder der Zentralregion (in einiger Entfernung) aufgenommen von etwa 6 Lichtjahren des Zentrums) von 47 Tucanae. Die Bilder wurden in regelmäßigen Abständen über fast sieben Jahre aufgenommen. Durch sorgfältiges Messen der Positionen von bis zu 130.000 Sternen in jedem dieser „Schnappschüsse“ konnten extrem kleine Positionsänderungen im Laufe der Zeit gemessen werden, die die Bewegungen der Sterne über den Himmel verraten. Für fast 15.000 Sterne in diesem Cluster wurden genaue Geschwindigkeiten erhalten. Von diesen 15.000 waren 23 blaue Nachzügler.
Dies ist die größte Stichprobe von Geschwindigkeiten, die jemals mit einer Technik oder einem Instrument für einen Kugelsternhaufen in der Milchstraße erfasst wurden. Die Ergebnisse wurden auch verwendet, um zu überprüfen, ob ein Schwarzes Loch im Kern des Clusters vorhanden ist, indem nach seiner Anziehungskraft gesucht wurde. Die gemessenen Sternbewegungen schließen jedoch ein sehr massives Schwarzes Loch aus.
Mit diesen Beobachtungen erreichte Hubble in weniger als einem Jahrzehnt das, was bodengestützte Teleskope aufgrund schlechterer Beobachtungsbedingungen vom Boden aus fast ein Jahrhundert lang benötigt hätten. Die Studie wäre ohne Hubbles scharfe Sicht unmöglich gewesen. Vom Boden aus verwischt der Schmiereffekt der Erdatmosphäre das Bild der zahlreichen Sterne im überfüllten Clusterkern. Die typische Winkelbewegung selbst der normalen Sterne im Zentrum von 47 Tucanae betrug etwas mehr als ein Zehnmillionstel Grad pro Jahr. Dies bedeutet, dass die Winkelbewegung eines Sterns in einem Jahr der Winkelgröße eines Groschens entspricht, als wäre er 4.500 Meilen entfernt.
Um diese exquisiten Hubble-Bilder voll auszunutzen, entwickelten Astronomen völlig neue Datenanalysemethoden, die schließlich Messungen der richtigen Bewegungen (Geschwindigkeiten) lieferten, die Änderungen der Positionen von Sternen auf der Ebene von etwa 1/100 Pixel (Bild) entsprachen -element) auf den Digitalkameras des Hubble.
Die Ergebnisse wurden in der September Astrophysical Journal Supplement Series veröffentlicht.
Das internationale Team bestand aus folgenden Wissenschaftlern: D.E. McLaughlin (Universität Leicester), J. Anderson (Reisuniversität), G. Meylan (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne), K. Gebhardt (Universität Texas in Austin), C. Pryor (Rutgers University), D. Minniti (Pontifica) Universidad Catolica) und S. Phinney (Caltech).
Originalquelle: Hubble-Pressemitteilung
