Gigantische Masse zerlegt Sternhaufen: Was ist die Abrissbirne der Hyaden?

Ein gar nicht so weit von der Sonne entfernter Sternhaufen wird von einer immensen Masse auseinandergerissen. Worum es sich handelt, ist unklar.

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Zentraler Teil des Hyaden-Sternhaufens. Der hellste Stern im Bild, Aldebaran, steht allerdings nur zufällig vor dem Sternhaufen.

(Bild: Digitized Sky Survey 2, STScI/NASA via Aladin Lite, Universität Straßburg.)

Von
  • Alderamin
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Offene Sternhaufen sind die Geburtsstätten der Sterne. Sie entstehen, wenn Gas- und Staubwolken unter ihrer Eigengravitation kollabieren und gleichzeitig zahlreiche Sterne bilden. Die Hyaden, auch bekannt als Regengestirn, sind der uns zweitnächste offene Sternhaufen (nach der Ursa-Major-Gruppe). Er bildet den markanten V-förmigen Kopf des Sternbilds Stier, dessen auffälligster Stern Aldebaran ist.

Aldebaran selbst gehört allerdings nicht zum eigentlichen Sternhaufen, denn er ist uns mit 65 Lichtjahren viel näher als die 150 Lichtjahre entfernten Hyaden. Er bewegt sich am Himmel in die Gegenrichtung und ist etwa 10-mal so alt wie der 600 Millionen bis 700 Millionen Jahre junge Sternhaufen. Dies ist just das Alter, in dem viele offene Sternhaufen sich aufzulösen beginnen. Die Sterne entfernen sich voneinander und gehen zunehmend eigene Wege. Auch die Sonne entstand einst in einem solchen Sternhaufen. Ihre Geschwister dürften sich in den 4,5 Milliarden Jahren seither über den gesamten Umfang der Milchstraße verteilt haben.

Der Zerfall der offenen Sternhaufen hat verschiedene Ursachen. Zum einen können enge Begegnungen von Sternen untereinander (insbesondere, wenn einer der Sterne ein Partner in einem Doppelsternsystem ist) dafür sorgen, dass einzelne Sterne aus dem Sternhaufen herauskatapultiert werden. Zum anderen verlieren Sternhaufen fortwährend Masse durch die Explosion ihrer massivsten Mitglieder. Sterne von 10 und mehr Sonnenmassen leben nur wenige zehn Millionen Jahre lang und explodieren dann als Supernova, wobei der größte Teil ihrer Masse als expandierende Gaswolke mit hoher Geschwindigkeit in den Weltraum geblasen wird. Das Gas verlässt den Sternhaufen und verringert dessen Schwerkraft. Damit nimmt der Zusammenhalt des Sternhaufens ab und er dehnt sich aus.

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Durch die Gezeitenkräfte der Milchstraße gehen Sterne am Außenrand verloren: Sterne, die sich im Sternhaufen entgegen dessen Umlaufrichtung um die Milchstraße bewegen, sind relativ zur Milchstraße langsamer unterwegs als ihre Kreisbahngeschwindigkeit und driften nach innen; solche, die sich mit der Umlaufrichtung bewegen, sind schneller und driften nach außen. Da die Umlaufzeit auf inneren Bahnen kleiner ist als auf äußeren, eilen die inneren Sterne dem Sternhaufen schließlich voraus und die äußeren hängen ihm nach. So entstehen zwei "Gezeitenschweife", die den Sternhaufen S-förmig gebogen umgeben. Durch den zweiten Prozess verliert der Sternhaufen weitaus mehr Mitglieder als durch Sternbegegnungen.

Solche Gezeitenschweife waren zuvor schon an Kugelsternhaufen entdeckt worden, das sind dichte kugelförmige Anhäufungen hunderttausender Sterne, die die Milchstraße und andere Galaxien auf weiten Bahnen umkreisen und von ganz anderer Natur sind als die offenen Sternhaufen – sie sind mit rund 13 Milliarden Jahren so alt wie die Milchstraße selbst und offenbar mit ihr entstanden. Die meisten befinden sich weit entfernt von der Milchstraßenebene im sternenarmen Halo der Milchstraße, sodass ihre Gezeitenschweife leicht aufzuspüren sind. Offene Sternhaufen haben viel weniger Mitglieder (höchstens einige hundert bis tausend) und sind eingebettet in die sternenreiche Milchstraßenscheibe, daher ist es viel schwieriger, bei ihnen Gezeitenschweife zu entdecken, die sich mit den übrigen Sternen in der Scheibe vermengen.

Dank des Astrometrie-Satelliten Gaia, dessen dritter Katalog (DR3) im vergangenen Dezember veröffentlicht wurde, ist es nun einem Team um Tereza Jerabkova von der ESA gelungen, die Gezeitenschweife des Hyaden-Sternhaufens über eine Ausdehnung von rund 5000 Lichtjahren am Himmel zu verfolgen, und dabei stießen sie auf die Spur eines kataklysmischen Ereignisses: Irgendetwas scheint gerade dabei zu sein, die Gezeitenschweife durcheinanderzuwirbeln.

Die Hyaden sind ein markanter Sternhaufen am Wintersternhimmel. Die hellsten Mitglieder formen den Kopf des Sternbilds Stier. Teleskope zeigen, dass der innere Sternhaufen hunderte weitere Sterne in einem Radius von 30 Lichtjahren enthält. Frühere Studien haben gezeigt, dass ein Teil der Sterne dem Haufen in Form von zwei Schweifen entweichen, die dem Sternhaufen in entgegen gesetzten Richtungen entspringen. Der Astrometriesatellit Gaia hat es Astronomen nun ermöglicht, die wahren Ausdehnung dieser Schweife am Himmel zu ergründen, wie sie hier im Video dargestellt ist.
(Quelle: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO; acknowledgement: S. Jordan/T. Sagrista. )

Gaia misst die Position und Bewegung von fast 2 Milliarden Sternen in der Milchstraße. Wenn Sterne sich gemeinsam parallel durch die Milchstraße bewegen, ist dies ein klarer Hinweis auf eine gemeinsame Abstammung und so kann erkannt werden, ob sie zum Gezeitenschweif eines Sternhaufens gehören. Im 2018 veröffentlichten Gaia DR2 haben Astronomen Gezeitenschweife von vier offenen Sternhaufen aufspüren können, und zwar von Blanco 1, Praesepe (Messier 44), Coma Berenices – und eben den Hyaden. Der zentrale Teil des Hyadenhaufens hat demnach einen Halbmassen-Radius von 13,4 Lichtjahren (wie der Name andeutet, befindet sich innerhalb dieses Radius die Hälfte seiner Masse) bei einer eingeschlossenen Masse von 275 Sonnenmassen. Die bis dato gefundenen Gezeitenschweife befinden sich innerhalb eines Radius von 29,3 Lichtjahren; nimmt man sie mit hinzu, so hat der Haufen eine Masse von 435 Sonnenmassen. Nach dem Virialsatz sollten sich die Sterne in einem Sternhaufen dieser Abmessungen und Masse untereinander im Mittel mit 0,36 km/s bewegen; tatsächlich tun sie dies aber mit 0,8±0,1 km/s. Daraus würde eigentlich eine rund vierfach höhere Masse des Sternhaufens folgen.

Als mögliche Erklärung für diese Diskrepanz wurde unter anderem erwogen, dass verborgene Masse möglicherweise in nicht aufgelösten Doppelsternbegleitern stecken könnte, was allerdings einer extrem hohen Zahl von Doppelsternen bedürfte – normalerweise ist jeder zweite als Einzelobjekt sichtbare Stern tatsächlich doppelt, und der Begleiter normalerweise masseärmer als der im Licht dominante Hauptstern, was also bestenfalls 50 Prozent mehr Masse erklären könnte. Eine andere Vermutung geht davon aus, dass sich die Sterngeschwindigkeiten noch nicht im gemäß Virialsatz erwarteten dynamischen Gleichgewicht befinden und noch ein Übermaß an Energie in der Bewegung steckt. Schließlich könnte der Sternhaufen auch einfach viel größer und massereicher sein als bisher vermutet. In früheren Arbeiten durchgeführte dynamische Simulationen des Sternhaufens hatten ergeben, dass sich die Gezeitenschweife über bis zu 2600 Lichtjahre erstrecken und 1230 Sonnenmassen enthalten könnten. Dann hätte der zentrale Teil des Sternhaufens 1,4 Sonnenmassen pro Million Jahren verloren.