Etwas ganz neues zu entdecken ist immer cool! Neue Entdeckungen zwingen uns dazu, auf eine neue Art und Weise über das Universum nachzudenken und dabei lernt man zwangsläufig neue Dinge. “Neu” ist allerdings in diesem Fall ein etwas unpassendes Adjektiv. Denn das, was Matthew Taylor von der Europäischen Südsternwarte und seine Kollegen kürzlich entdeckt haben, ist alles andere als neu. Es handelt sich um eine besondere Gruppe von Kugelsternhaufen und die gehören zu den ältesten Objekten im Universum. Die Kugelsternhaufen von Taylor und seinen Kollegen sind aber nicht nur alt, sondern vor allem auch dunkel. Dunkler als sie sein sollte – und dunkler als man es sich erklären kann.

Zu erklären, was ein “Kugelsternhaufen” ist, ist eigentlich ziemlich einfach. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine kugelförmige Ansammlung von Sternen. Nicht so viele, dass gleich eine komplette Galaxie daraus werden würde. Typischerweise enthält ein Kugelsternhaufen ein paar Hunderttausend Sterne und man findet sie als Begleiter in den äußeren Bereichen großer Galaxien. Auch unsere Milchstraße ist von vielen Kugelsternhaufen umgeben: Knapp 150 von ihnen hat man bisher schon entdeckt.

Der Kugelsternhaufen M80 gehört zu unserer Milchstraße (Bild: NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA )

Der Kugelsternhaufen M80 gehört zu unserer Milchstraße (Bild: NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA )

Den ersten Kugelsternhaufen hat man schon vor etwa 400 Jahren beobachtet, aber es ist heute immer noch vieles unverstanden, was diese Sternhaufen angeht (siehe hier für Details). Wir wissen immer noch nicht, warum sie so alt werden – die ältesten sind immerhin fast so alt wie das Universum selbst – und wie sie entstehen. Und dank der Arbeit von Taylor und seinen Kollegen sind nun noch ein paar weitere offene Fragen dazu gekommen.

Taylor et al haben die Kugelsternhaufen in der Umgebung der großen Galaxie Centaurus A beobachtet (“Observational Evidence for a Dark Side to NGC5128’s Globular Cluster System”). 125 dieser Haufen haben sie mit den Teleskopen der Europäischen Südsternwarte fotografiert und analysiert. Aus der Bewegung der Sterne in diesen Haufen kann man berechnen, wie viel Masse im gesamten Haufen enthalten sein muss. Das kann man mit der Beobachtung des Lichts vergleichen. Normalerweise sollte der Zusammenhang ja recht einfach sein: Je mehr Sterne, desto heller der Haufen und desto größer seine Masse. Und bei den Kugelsternhaufen mit kleineren Massen war dieser Zusammenhang auch gut erfüllt.

Aber bei den massereicheren Kugelsternhaufen die die Astronomen beobachtet hatten, zeigte sich ein anderes Bild: Sie waren dunkler, als sie sein sollten. Das von ihnen ausgehende Licht war geringer, als man es anhand ihrer Masse erwarten würde. Je massereicher die Kugelsternhaufen waren, desto ausgeprägter war dieses Missverhältnis. Irgendetwas sorgt dafür, dass diese Kugelsternhaufen dunkler erscheinen.

Centaurus A und ihre Kugelsternhaufen. Die "dunklen Kugelsternhaufen" sind im Bild rot markiert (Bild: ESO/Digitized Sky Survey. Acknowledgement: Davide de Martin)

Centaurus A und ihre Kugelsternhaufen. Die “dunklen Kugelsternhaufen” sind im Bild rot markiert (Bild: ESO/Digitized Sky Survey. Acknowledgement: Davide de Martin)

Und idealerweise würde nun eine Erklärung folgen, die darlegt, was die Ursache dafür ist, dass diese neu entdeckten “dunklen Kugelsternhaufen” massereicher sind als sie erscheinen. Aber wie das so ist mit neuen Entdeckungen: Manchmal hat man eben erst mal keine Ahnung!

Aber natürlich haben Taylor und seine Kollegen ein paar Ideen. Für ein paar der “dunklen” Galaxien bräuchte es zum Beispiel keine besondere Erklärung, wenn man davon ausgeht, dass sich die Sterne dort ein wenig schneller bewegen als normalerweise üblich. Damit ersetzt man natürlich nur ein Rätsel durch ein anderes. Aber da die Entstehungsgeschichte der Kugelsternhaufen sowieso noch nicht völlig verstanden ist, kann es durchaus sein, dass bei manchen durch diverse dynamische Prozesse die Sterne ein wenig “angeschubst” worden sind. Auch größere schwarze Löcher in den Zentren der Kugelsternhaufen könnten dafür sorgen, dass die Sterne sich schneller bewegen. Supermassereiche schwarze Löcher wie in den Zentren der großen Galaxie erwartet man in den kleineren Kugelsternhaufen allerdings nicht. Aber vielleicht hat man die Größe der schwarzen Löcher die dort entstehen können, ja auch bisher unterschätzt.

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Kommentare (20)

  1. #1 Ralf Muschall
    15. Mai 2015

    Gibt es eigentlich eine saubere qualitative Trennung zwischen ellisoidalen Zwerggalaxien und großen Kugelhaufen (insbesondere, wenn erste als Satelliten von richtigen Galaxien auftreten) oder ist das ein quantitativer Übergang?

  2. #2 Florian Freistetter
    15. Mai 2015

    @Ralf: Ne, da gibts – so wie bei Asteroiden/PLaneten – keine klare Trennung. Ich hab darüber früher schon mal ausführlicher geschrieben: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/01/24/wissenschaftler-stimmen-ab-was-ist-eine-galaxie/

  3. #3 Wolf Gratz
    15. Mai 2015

    Wäre es denn eine mögliche Erklärung, dass vergleichsweise viele der Sterne eines Kugelhaufens schon lange ausgebrannt sind und als massereiche, aber dunkle Zwerge existieren?
    Gerade bei solchen Haufen, die schon sehr alt sind, erwartet man ja vielleicht weniger junge Sterne?

  4. #4 Chemiker
    15. Mai 2015

    Als erste Erklärung soll man ja immer was möglichst Un­spek­taku­läres in Betracht ziehen. Kommen Gas oder Staub als Erklä­rung nicht in Frage? Entweder in den Haufen, oder zwischen denen und uns?

  5. #5 Florian Freistetter
    15. Mai 2015

    @Wolf Gratz: “dass vergleichsweise viele der Sterne eines Kugelhaufens schon lange ausgebrannt sind und als massereiche, aber dunkle Zwerge existieren?”

    Dunkle Zwerge kriegst du nur bei kleinen Sternen (ansonsten werden es Neutronensterne/schwarze Löcher) und bis die ausbrennen/dunkel werden, dauert es Billionen Jahre. So viel Zeit war noch nicht.

    @Chemiker: “Entweder in den Haufen, oder zwischen denen und uns?”

    Ne, das würde man sehen (zB im Infrarot; dort leuchtet Staub sehr gut)

  6. #6 Florence
    15. Mai 2015

    Wie führt eine schnelle Sternenbewegung zu einer verringerten Leuchtkraft des Haufens? Oder hab ich da was falsch verstanden?

  7. #7 Florian Freistetter
    15. Mai 2015

    @Florence: Die Bewegung der Sterne hat nichts mit der Helligkeit zu tun. Aber sie bildet die Grundlage, aus der man die Masse der Haufen berechnet.

  8. #8 Neuling
    15. Mai 2015

    Wie lange muss man eigentlich auf so einen Kugelsternhaufen schauen, um Bahnbewegungen zu errechnen? Zwei Bilder im Abstand von einer Woche?

  9. #9 Bjoern
    15. Mai 2015

    Gibt’s schon erste Erklärungsversuche von den MOND-Enthusiasten? 😉

  10. #10 silava@gmx.de
    15. Mai 2015

    @Neuling
    Ich denke die Radialgeschwindigkeit wird über die Rotverschiebung des Sternenspektrums errechnet. Mit Profiteleskopen kann man zwar z.B. die Sterne der Andromedagalaxie auflösen, aber bis man dort eine Bewegung messen könnte müsste man wohl ein paar Jahrhunderte beobachten.

  11. #11 wereatheist
    15. Mai 2015

    @#8, #10:
    Die verwendeten Methoden werden im von Florian verlinkten abstract angegeben 😛
    Ich verstehe natürlich überwiegend “Bahnhof”. Es ist aber offensichtlich nicht die Verschiebung des Spektrums per se, sondern die Verteilungsbreite der Verschiebungen im Spektrum von vielen Sternen gleichzeitig (überlappend), die ermittelt wird.

  12. #12 Frantischek
    16. Mai 2015

    Die wahrscheinlichste Erklärung zur Entstehung der Haufen ist doch, dass es sich dabei um Reste bzw. Kerne von kleineren (Zwerg)Galaxien handelt die mit größeren “kollidiert” sind, oder irr ich mich da?

    Wenn das so ist klingt es für mich logisch dass das mit verschieden großen, die auch verschieden große schwarze Löcher beinhalten, passiert ist. Und dann wäre die Erklärung wohl dass diejenigen die zu massereich erscheinen, einfach besonders große oder viele BHs haben.

    Da das ja offensichtlich noch nicht ausgeschlossen werden kann (wenn ich den Artikel richtig verstanden hab), versteh ich diesen Satz nicht:

    Bei den massereichsten der dunklen Kugelsternhaufen klappt das nicht mehr. Hier muss tatsächlich mehr Masse vorhanden sein als man sehen kann, ..

    Warum passt das nicht mit großen oder mehreren BHs zusammen? Die haben ja auch Masse, und zwar nicht zu knapp. Und sehen kann man sie meistens auch nicht.

  13. #13 Oberclown
    16. Mai 2015

    Eine möglicherweise doofe Frage, wie misst man das Alter eines Kugelsternhaufens?

    Dass man das Alter von Sternen messen kann ist klar, aber das alter von einem Gebilde wie einem Sternenhaufen? Spontane Idee von mir wäre zu kucken wie Alte die Sterne sind und zu vermuten, dass der Haufen auch so alt sein muss. Aber so lange man nicht einigermaßen sicher sagen kann wie die Haufen entstehen, kann man ja nicht sicher sagen, ob es nicht einen Prozess gibt, der mit fertigen Sternen aus einer Galaxis anfängt. Der könnte dann auch zufällig alte Sterne erwischen und daraus einen jungen Kugelsternhaufen bauen.

  14. #14 Florian Freistetter
    16. Mai 2015

    @Oberclown: “wie misst man das Alter eines Kugelsternhaufens?”

    Gute Frage und ein klassisches Beispiel im Astronomie-Anfängerpraktikum 😉 Das geht über eine Analyse des Hertzsprung-Russell-Diagrams. Da man davon ausgeht, dass alle Sterne eines Haufens zum mehr oder weniger gleichen Zeitpunkt entstanden sind, sollte ihr Ende auch nur von der Masse aBhängen: Je schwerer, desto früher sind sie weg. In einer normalen, zufällig ausgewählten Sternpopulation hast du immer Sterne überall auf der Hauptreihe im HS-Diagramm (http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/07/21/vom-leben-und-sterben-der-sterne-das-hertzsprungrusselldiagramm/). Bei nem Kugelsternhaufen verschwinden die schweren Sterne aber zuerst von der Hauptreihe und es sind keine neuen schweren Sterne da, die ihren Platz einnehmen können. Je älter der Haufen ist, desto masseärmere Sterne hatten schon Zeit, ihr Leben zu beenden und zu verschwinden. D.h. du erstellst ein HS-Diagramm der Sterne des Haufens und schaust, wo die Hauptreihe aufhört. Daraus kannst du dann direkt das Alter berechnen.

    (Ich hab das Gefühl, ich hätte darüber schon mal mehr geschrieben… War das hier im Blog? Oder in einem meiner Bücher?)

  15. #15 dgbrt
    16. Mai 2015

    @Florian:
    Das Hertzsprung-Russell-Diagramm ist doch wohl eine sehr grobe Abschätzung. Wo werden die Leichen berücksichtigt, die wir längst nicht mehr beobachten können? Wir wissen, dass solche Haufen alt sind, ergo gab da früher mal mehr als das, was wir jetzt sehen können.

    Wo sind die dicken Sterne von vor 1., 2., oder 10. Mrd Jahren? Die sind natürlich nach wie vor dort, wir können sie nur nicht mehr in einem Hertzsprung-Russell-Diagramm sehen.

  16. #16 Florian Freistetter
    16. Mai 2015

    @dgbrt: Es wäre wirklich sehr hilfreich, wenn du mir genau sagen könntest, an welchem Punkt meiner Auflistung du einen Fehler zu sehen meinst. Wenn du einfach nur die letzten 100 Jahre der stellaren Astronomie mit einem Satz beiseite wischt, kommen wir nicht wirklich weiter.

    (Die großen Sterne sieht man übrigens deswegen nicht mehr, weil sie nicht mehr da sind. Im HS-Diagramm sind STERNE. Und schwarze Löcher sind keine Sterne mehr…)

  17. #17 Alderamin
    16. Mai 2015

    @Oberclown

    Dass man das Alter von Sternen messen kann ist klar, aber das alter von einem Gebilde wie einem Sternenhaufen?

    Tatsächlich ist es genau umgekehrt: das Alter eines einzelnen Hauptreihensterns zu bestimmen, ist ziemlich schwer, weil der größte Teil der Entwicklung in seinem Kern stattfindet, abgeschottet von der sichtbaren Oberfläche. Einen Sternhaufen am Turn-off Point der Hauptreihe zu datieren, wie von Florian beschrieben, bekommen hingegen sogar Amateure hin.

  18. #18 dgbrt
    17. Mai 2015

    @Florian
    Ich werde wohl missverstanden. Mir ging es um die im Titel erwähnten “dunklen Kugelsternhaufen”. Die relativ genaue Altersbestimmung mit dem HRD wollte ich keineswegs in Frage stellen. Mir ging es um die dunkle Materie, die man hier postuliert.

    Sollten in einem älteren Kugelsternhaufen nicht sehr viele Sternleichen existieren? Selbst Weiße Zwerge können auf diese Distanz nicht mehr beobachtet werden. Aber wir können anhand der Beobachtungen diese Masse abschätzen (dazu gehören natürlich auch SL und Neutronensterne). Dazu benötigen wir sicherlich keine unerklärbare “Dunkle Materie”. Die Materie ist für uns dunkel, aber sie ist da und messbar.

  19. #19 Krypto
    17. Mai 2015

    Du sagst, dass wir dich nicht richtig verstehen, ich denke, dass ich dich sehr wohl verstehe: Alles, was du nicht verstehst, lehnst du ab und haust dicke Sprüche raus. Wir schauen großzügig über dein Higgs-Statement hinweg, erklären dir deinen Denkfehler und nun fängst du mit DM an.
    Mein Tipp: Du brichst dir echt keinen Zacken aus der Krone, wenn du einfach als interessierter Laie Fragen stellst 😉

  20. #20 Alderamin
    17. Mai 2015

    @dgbrt

    Sollten in einem älteren Kugelsternhaufen nicht sehr viele Sternleichen existieren?

    Schon, aber doch in allen Kugelsternhaufen, und die der Milchstraße sind alle fast genau gleich alt. Warum sollte eine Galaxie manche Kugelsternhaufen mit wesentlich mehr Sternleichen haben als andere? Kugelsternhaufen sind höchstwahrscheinlich ein Nebeneffekt der Galaxienentstehung, deswegen sind sie so alt wie die Galaxien und verteilen sich haloförmig um diese (auch wenn sie eine Scheibengalaxie wie die unsrige ist).