Kugelsternhaufen

Ein Kugelsternhaufen (kurz auch Kugelhaufen) ist ein Sternhaufen aus einer großen Zahl gravitativ aneinander gebundener Sterne, deren Dichte eine kugelsymmetrische Verteilung zeigt, indem sie vom Zentrum, wo die Sterne sehr dicht zusammenstehen, zum Rand in alle Richtungen gleichermaßen abnimmt. Typische Kugelsternhaufen enthalten mehrere hunderttausend Sterne. Die hohe Sterndichte in Zentrumsnähe führt zu gegenseitigen Bahnveränderungen, was das sphärische Erscheinungsbild zur Folge hat.

Kugelsternhaufen sind ihrerseits gravitativ an Galaxien gebunden, in deren Halo sie sich weiträumig bewegen, meist auf langgestreckten Ellipsenbahnen. Sie bestehen vorwiegend aus alten, roten Sternen, die nur wenige schwere Elemente enthalten („Metallarmut“). Dies unterscheidet sie deutlich von offenen Sternhaufen, die zu den jüngsten Bildungen in Galaxien gehören.

Kugelsternhaufen kommen häufig vor. Im Halo der Milchstraße sind rund 150 bekannt und man schätzt, dass weitere noch unentdeckt sind. Im Halo der Andromedagalaxie gibt es rund 500 Kugelsternhaufen. Die Halos riesiger elliptischer Galaxien wie M87 können sogar 10.000 enthalten. Diese Kugelsternhaufen umkreisen die Galaxie in einer Entfernung von 40 Kiloparsec (rund 131.000 Lichtjahre) oder mehr.

In der Lokalen Gruppe haben alle größeren, massereichen Galaxien ein Halo-System von Kugelsternhaufen. Die Sagittarius-Zwerggalaxie und die Canis-Major-Zwerggalaxie scheinen gerade ihre Kugelsternhaufen (wie z.B. Palomar 12) der Milchstraße zu übergeben. Dies zeigt, wie Galaxien ihre Kugelsternhaufen erhalten haben können.

Die Sterne solcher Haufen – sogenannte extreme Population-II-Sterne – sind alle ungefähr gleich alt und zeigen keine Spektrallinien von schwereren Elementen. Diese Spektren deuten auf ein hohes Sternalter hin, da sich die schweren Elemente erst im Laufe der Jahrmilliarden z.B. durch Supernovae bilden. Alte Sterne, die im frühen Universum entstanden sind, können daher in ihren Hüllen kaum solche Elemente enthalten. Junge Sterne, insbesondere Population-I-Sterne, sind hingegen „recycelt“: sie wurden aus Material (u.a. schwere Elemente) geformt, das z. T. bereits in älteren Sternen durch Kernfusion entstanden ist.

Obwohl die Sterne in Kugelsternhaufen zu den ersten gehörten, die sich in Galaxien bildeten, sind ihre Ursprünge und ihre Rolle in der galaktischen Evolution immer noch unklar. Inzwischen geht man davon aus, dass sich Kugelsternhaufen signifikant von elliptischen Zwerggalaxien unterscheiden und sich eher als Teil einer Galaxie gebildet haben denn als einzelne separate Galaxie.

Im Halo einiger elliptischer Galaxien können auch sehr junge Kugelsternhaufen beobachtet werden. Von diesen Galaxien nimmt man an, dass sie aus der Verschmelzung von zwei oder mehr Ursprungsgalaxien entstanden sind. Solche Kollisionen lösen eine Welle der Sternentstehung aus (starburst), bei der nach neuesten Erkenntnissen auch wieder Kugelsternhaufen gebildet werden können, so dass mehrere Generationen von Kugelsternhaufen im Halo einer derartigen Galaxie zu finden sind.