Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Kugelsternhaufen als Relikte der Sternentstehung im jungen Universum


Bild des Kugelsternhaufens NGC 6362, aufgenommen mit dem 2.2m-Teleskop an der Europäischen Südsternwarte auf dem Cerro La Silla in Chile. Die Entstehung und Eigenschaften dieser besonderen Objekte wurde im Rahmen der E-MOSAICS-Simulationen beschrieben. (Quelle: ESO)

Leuchtende Bänder und Flecken zeigen die Verteilung dunkler Materie, deren Existenz indirekt nachgewiesen und die für die Kondensation von Galaxien ähnlich der Milchstraße essentiell ist. Solche „simulierten Milchstraßen“ sind auf dem Bild mit gelben Kreisen markiert. Der vergrößerte Ausschnitt zeigt im mittleren und unteren Bild, wie diese nachgestellten Galaxien einem Beobachter erscheinen würden. Die blauen und gelben Punkte kennzeichnen hierbei Kugelsternhaufen, die entweder mit der Galaxie entstanden sind (gelb – in situ) oder aus der weiteren Umgebung eingefangen wurden (blau – accreted). (Quelle: J. Pfeffer, J.M.D. Kruijssen, R.A. Crain, N. Bastian)

Ausschnitt aus den E-MOSAICS Simulationen, der die Bildung und Konzentration von Kugelsternhaufen über einen Zeitraum von rund 13 Milliarden Jahren zeigt. Die ersten Haufen (farbige Punkte) entstehen bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Im Laufe der Zeit kommen immer mehr Kugelsternhaufen dazu, die sich schließlich um eine große Galaxie herum konzentrieren und in ihrer Anordnung Ähnlichkeit mit der Milchstraße haben. (Quelle: J. Pfeffer, J.M.D. Kruijssen, R.A. Crain, N. Bastian)

Die Kugelsternhaufen, die die Milchstraße umgeben, sind annähernd so alt wie das Universum selbst. Diese uralten Sternhaufen könnten durch Vorgänge entstanden sein, wie sie auch heute noch bei der Bildung von Sternen in unserer Heimatgalaxie wirken und wären demnach natürliche Relikte der Sternentstehung im jungen Universum. Darauf deuten Computersimulationen hin, die Dr. Joel Pfeffer von der Liverpool John Moores University (Großbritannien) und Dr. Diederik Kruijssen von der Universität Heidelberg durchgeführt haben. Wie die beiden Forscher betonen, „ist mit diesem Ansatz eines der großen Rätsel der Astronomie elegant gelöst“.

Galaxien wie unsere Milchstraße sind von einem System hunderter Kugelsternhaufen umgeben. Die Frage, wie diese sich gebildet haben, konnte von der Astrophysik bisher nicht befriedigend beantwortet werden. Die Forscher aus Liverpool und Heidelberg haben jetzt neue Simulationen vorgelegt, um diese Frage zu klären. Sie kombinierten aktuelle Modelle zur Entstehung der Kugelsternhaufen mit einer hochmodernen Simulation zur Galaxienbildung namens EAGLE. Das Projekt „Modelling Star Cluster Population Assembly in Cosmological Simulations within EAGLE“, kurz E-MOSAICS, zeigt, wie sich die in Galaxien vorherrschenden Bedingungen über einen Zeitraum von 13 Milliarden Jahren auf die Entstehung und Evolution ihrer Sternhaufen auswirken.

In ihrer neuen Studie gingen die Wissenschaftler von der Überlegung aus, dass Kugelsternhaufen einst nach denselben Mechanismen entstanden, wie sie jetzt auch für die Bildung junger Sternhaufen in gasreichen Regionen naher Galaxien verantwortlich sind. Mit E-MOSAICS konnten sie diese Annahme erstmals an einem beobachteten System aus Kugelsternhaufen der Milchstraße testen. „Die Simulationen zeigen, dass die ersten Sternhaufen bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall entstehen. In den folgenden Milliarden von Jahren kommen weitere Kugelsternhaufen dazu, die sich schließlich um eine große Galaxie herum konzentrieren und in ihrer Anordnung Ähnlichkeit mit der Milchstraße haben“, so Dr. Kruijssen. Er ist Forschungsgruppenleiter am Astronomischen Rechen-Institut, das zum Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) gehört.

Bislang konnte die Entstehung von Kugelsternhaufen nicht ohne ungewöhnliche Annahmen erklärt werden. Die aktuellen Simulationen erlauben es jedoch, ihre Herkunft auf ganz natürliche Weise zu beschreiben, indem die bekannte Physik der Sternentstehung auf die Gegebenheiten in der Frühzeit des Kosmos übertragen werden. Nach Angaben von Dr. Pfeffer, dem Erstautor der Studie, sind Kugelsternhaufen das zwangsläufige Ergebnis intensiver Sternentstehung im jungen Universum. Kurz nach dem Urknall waren die Gaswolken in Galaxien jedoch wesentlich dichter als dies in heutigen Galaxien der Fall ist. „Aus diesen dichten Wolken konnten sich daher sehr effizient Sternhaufen mit Millionen von Sternen bilden. Einige von ihnen haben bis heute überlebt und entwickelten sich zu den Kugelsternhaufen, die wir heute beobachten“, so Dr. Kruijssen.

Die Wissenschaftler wollen E-MOSAICS nun einsetzen, um die Entstehungsgeschichte von Galaxien anhand der Entwicklung uralter Kugelsternhaufen zu rekonstruieren. Ziel ist es, damit auch neue Aufschlüsse über die Entstehung der Milchstraße zu gewinnen. Die aktuellen Forschungserkenntnisse wurden in den „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ veröffentlicht.

 

Originalpublikation
J. Pfeffer, J.M.D. Kruijssen, R.A. Crain and N. Bastian: The E-MOSAICS Project: simulating the formation and co-evolution of galaxies and their star cluster populations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2018)

 

Ergänzende Informationen
Illustrationen und Videos der Simulation
Pressemitteilung der Universität Heidelberg

 

Kontakt
Dr. Guido Thimm
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH)
Öffentlichkeitsarbeit
Telefon (06221) 54-1805
thimm@uni-heidelberg.de

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