Im Gegensatz zu vielen anderen Deep-Sky-Objekten, wie beispielsweise Emissionsnebeln, sind Sternhaufen vergleichsweise leicht zu fotografieren. Und auch visuell sind einige von ihnen ohne Hilfsmittel zu erkennen, solange man sich an einem dunklen Ort aufhält. Beispiele für mit bloßem Auge sichtbare Sternhaufen wären h und chi Persei, die Hyaden und wohl am bekanntesten das Siebengestirn, die Plejaden.
Sternhaufen sind Objekte, die auch mit recht einfachem Equipment fotografisch erfasst werden können und die auch bei etwas aufgehelltem Himmel, sei es duch den Mond oder durch Lichtverschmutzung, ansehnliche Bilder ergeben.

So betrachtet sind Sternhaufen eigentlich die idealen Einsteiger-Objekte. Mit bloßem Auge, mit einem einfachen Feldstecher oder mit der Kamera. Sternhaufen haben immer etwas zu bieten.
Dennoch werden sie etwas stiefmütterlich behandelt.

Sie beeindrucken nicht durch bunte Farben, ungewöhnliche Strukturen oder filigrane Details wie die Milchstraße im Ganzen oder andere Deep-Sky-Objekte wie Nebel und Galaxien. Aber wenn man Freude an den Sternhaufen hat, dann gibt es eigentlich immer den ein oder anderen am Himmel zu finden.

Vielleicht kommt die Freude, sie zu beobachten und zu fotografieren, auch mit einigen Hintergrundinformationen. Diese will ich hier nun liefern, ohne zu sehr in die wissenschaftlichen Details einzutauchen; aber ganz ohne geht es auch nicht.

Der offene Sternhaufen M34 und der Kugelsternhaufen M55 – Komposition

Sternhaufen allgemein

Als Sternhaufen werden im Allgemeinen optisch wahrnehmbare Ansammlungen von Sternen in einem sehr begrenzten Himmelsareal bezeichnet. Sie grenzen sich von der Umgebung durch ihre vergleichsweise hohe Anzahl scheinbar oder tatsächlich eng beieinander stehender Sterne meist deutlich ab.
Sternhaufen werden in zwei große Gruppen unterteilt: Offene Sternhaufen und Kugelsternhaufen. Darüber hinaus gibt es eine weitere Form, die kaum als Haufen zu erkennen ist: Der Bewegungshaufen oder auch Sternassoziation genannt.
Offene Sternhaufen, zu denen im weiterne Sinne auch die Sternassoziation zählen, und Kugelsternhaufen haben hierbei nicht viel gemein; eigentlich ist es nur die Bezeichnung. Astronomisch, also physikalisch-naturwissenschaftlich, gibt es, abgesehen von der Tatsache, dass es sich um Anhäufungen von Sternen handelt, kaum Gemeinsamkeiten.

Offene Sternhaufen

Offene Sternhaufen sind dichtere Ansammlungen von Sternen, die alle eine gemeinsame Entstehungregion und -geschichte haben. Somit haben sie auch ein relativ gleiches, immer recht geringes Alter und weisen daher in der Regel auch dieselbe chemische Zusammensetzung auf. Sie sind gravitativ nur recht locker gebunden, bewegen sich jedoch mit derselben Geschwindigkeit und Richtung durchs All. Sie lösen dabei ihren Gruppen- oder Haufencharakter nach vergleichsweise kurzer Zeit (einge Millionen Jahre) auf. Offene Sternhaufen sind also sehr junge Systeme.

Offene Sternhaufen sind ein typisches, fast ’normales‘ Ergebis oder auch ein gewöhnlicher Zustand im ewigen Prozess der Sternentstehung, dem Vergehen und Neuentstehen von Sternen innerhalb einer Galaxie.
Dies ist der Grund, warum es so viele offene Sternhaufen gibt. Aktuell sind allein in unserer Milchstraße über 1100 offene Sternhaufen katalogisiert und man geht davon aus, dass es über 10.000 von ihnen gibt.

Der offene Sternhaufen M39 im Sternbild Schwan

Die Sterne eines offenen Sternhaufens entstehen, wie Sterne im Allgemeinen, durch die Verdichtung von Materie innerhalb von riesigen Gas- und Staubwolken (GMC = Gigant Molecular Cluster. Ansammlungen von Staub und Gas mit Größen von bis zu 600 Lichtjahren.) Diese Staubwolken kennen wir auch als Dunkelwolken oder Dunkelnebel. Leuchtende Bereiche der Wolken erfreuen uns als bunte Emissions- und Reflexionsnebel auf lang belichteten Fotos.

Der Doppel-Sternhaufen h und chi Persei im Sternbild Perseus.

Aufgrund verschiedenartiger Prozesse (u.a. dem Kollabieren und ‚Verklumpen‘ der Gaswolken unter ihrem enormen Eigengewicht) bilden sich innerhalb dieser Gas- und Staubwolken regelrechte Brutstätten für Sterne.
Während des Entstehungsprozesses durchlaufen die ‚Jungsterne‘ mehrere Phasen. Uns ist es heute möglich, diese Sternentstehungsgebiete in verschiedenen Zuständen am Nachthimmel zu erkunden.
So sind die jungen, gerade entstehenden Sterne anfangs noch innerhalb der Staub- und Gaswolke eingebettet, unsichtbar für eine Beobachtung. Die größten und heißesten Sterne erreichen so starke (UV-)Strahlungsintensitäten, dass sie die umgebenden Gase zum Eigenleuchten anregen können oder der Staub das von den Sternen ausgestahlte Licht bricht, streut und reflektiert. So entstehen Emissions- und Reflexionsnebel. Die Zunahme der Masse der Sterne und der damit einhergehende Strahlungsdruck („Sternenwind“) sowie einzelne Supernovae blasen die Staubwolken nach und nach fort.

Eine besonders bekannte Sternentstehungsregion befindet sich in der großen Orion-Molekülwolke. Hier sind viele der jungen Sterne noch von Staub bedeckt, teilweise aber in nicht sichtbaren Wellenlängen mit astronomischen Instrumenten bereits zu erfassen. Andere wiederum sind bereits für uns sichtbar. Auch sind schon erste Haufenstrukturen zu erkennen. In einigen Bereichen des Orion Molecular Cloud Complex‘ ist die Strahlung der jungen Sterne so stark, dass sie das Gas zum Eigenleuchten anregt, am bekanntesten ist der hieraus resultierende große Orionnebel.
Doch bereits in wenigen 10.000 Jahren wird sich der Orionnebel, so wie wir ihn kennen, aufgelöst haben und an dessen Stelle ein Gebilde treten, das möglicherweise eher an die Plejaden erinnern wird.

„Orion molecular cloud complex“, das Kerngebiet des Orions – Maus über Bild bewegen!
Die riesige Molekülwolke im Sternbild Orion weist fast alle Zustände der Sternentstehung und somit der Entstehung von offenen Sternhaufen auf. Beispielhaft sind hier drei bereits katalogisierte Sternentstehungregionen bzw. die darin enthaltenen jungen offenen Sternhaufen im sog. Running Man eingezeichnet: NGC 1973, 75 und 77. Teile der Staubwolke sind unterhalb des großen Orionnebels als feine bräunliche Bänder zu erkennen, der Pferdekopfnebel B33 links im Bild ist eine sehr dichte Region, ein dichter Dunkelnebel, den das Licht von Sternen nicht durchdringen kann.

Im Durchschnitt fließen nur etwa 10% der in einer Gaswolke enthaltenen Masse direkt in die Sternentstehung ein. Der Rest wird mit dem „Sternenwind“ fortgeblasen oder beim explosiven Tod von Sternen mitgerissen. Daher finden sich am Nachthimmel junge offene Sternhaufen noch eingebettet in ihre „Brutstätte“, die Gaswolke, andere sind nur noch von Teilen umgeben, die wir teils als Emissions- oder Reflexionsnebel wahrnehmen können und wieder andere sind bereits so alt, dass praktisch keine Reste der ehemaligen Staubwolke mehr vorhanden sind.

Auch kommt es gelegentlich vor, dass sich innerhalb einer Gaswolke mehrere offene Sternhaufen relativ zeitgleich bilden. Sie können wir dann als „Doppel-Cluster“ am Himmel sehen. Der Doppel-Sternhaufen h und chi-Persei ist auf der Nordhalbkugel das Parade-Beispiel (siehe nebenstehendes Bild).

Die Plejaden sind wohl der bekannteste offene Sternhaufen. Sie sind relativ jung und auf länger belichteten Aufnahmen ist noch sehr gut der sie umgebende Staub, der das ausgestrahlte Licht bricht und reflektiert, als blauer Reflexionsnebel zu sehen.
Hier ist, im Gegensatz zum Orionnebel und den darin entstehenden Sternen und Sternhaufen, ein Großteil der Staubwolken, der interstellaren Materie verbraucht bzw. zu großen Teilen ins All geblasen worden.

Ein weiteres Beispiel ist der Sternhaufen NGC 2244 im Zentrum des bekannten Rosettennebels (Sternbild Einhorn). Hier ist ebenfalls noch ein Teil des umgebenden Nebels zu sehen, aus dem einst die Sterne entstanden, andererseits tritt die Haufenstruktur der Sterne sehr deutlich zu Tage.

So finden sich am Himmel viele Beispiele von Sternhaufen in Verbindung mit Nebeln. Aber auch ältere Haufensysteme sind bekannt, bei denen keine oder kaum Nebel sichtbar sind. Ein bereits mit bloßem Auge sichtbarer offener Sternhaufen, der auch auf lang belichteten Fotos nur einige Dunkelwolken zeigt, sind die Hyaden, besser bekannt als der Kopf des Sternbildes Stier.

Allen offenen Sternhaufen ist somit die Entstehung innerhalb von Staubwolken gemein, aus der die grundlegenden Eigenschaften „gleiches Alter, gleiche Zusammensetzung, gleiche Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit“ resultieren.

Der offene Sternhaufen M41 im Sternbild großer Hund.

Im weiteren Verlauf ihres Daseins löst sich die Haufenstruktur nach und nach auf. Manche der Sterne sterben und können dabei benachbarte Sterne aus dem Haufen ’stoßen‘, andere bewegen sich aufgrund der relativ geringen gravitativen Bindung aus dem Haufen hinaus. Gravitative Effekte vorbeiziehender Objekte, wie anderer Staubwolken, Supernovae und verschiedene weitere Faktoren zersetzen somit die Sterngruppe.
Die Lebensdauer eines offenen Sternhaufens hängt vor allem von der anfänglichen Masse und der daraus resultierenden gravitativen Bindung untereinander ab. Masseärmere Sternhaufen zerstreuen sich bereits nach wenigen Millionen Jahren, besonders massereiche und somit gravitativ stärker gebundene offene Sternhaufen können auch einige 10 Millionen Jahre überdauern.
Oftmals bleibt auch nach dem Zerstreuen der Einzelsterne und der Zerfall der Haufenstruktur jedoch die ungefäre Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der Sterne gleich, auch wenn sie sich bereits so weit voneinander weg bewegt haben, um noch als Haufen erkannt zu werden.
Diese Systeme werden dann als Bewegungshaufen oder Sternassoziation bezeichnet.

 

Bewegungshaufen oder auch Sternassoziation

Der Melotte 20 (auch α-Persei-Gruppe genannt) im Sternbild Perseus

Sternassoziationen sind sehr lockere, gravitativ nicht gebundene Sternhaufen. Sie sind, wie auch die offenen Sternhaufen, durch Sterne gleichen Alters, gleicher chemischer Zusammensetzung und derselben Bewegungsrichtung definiert. Optisch sind sie nicht immer direkt als Haufen wahrzunehmen.
Sie bedecken oftmals ein relativ großes Areal am Himmel und werden daher nach der Konstellation bezeichnet, in deren Region sie zu finden sind. Die bekannteste Sternassoziation ist der Ursa-Major-Bewegungshaufen im Sternbild ‚Großer Bär‘, der die meisten Sterne des großen Wagens umfasst, aber auch weit entfernte Sterne beinhaltet. Ihr gemeinsames Alter wird mit etwa 300 Millionen Jahren angegeben.

 

Kugelsternhaufen

Kugelsternhaufen M55 im Sternbild Schütze.

Im Gegensatz zu den zuvor genannten offenen Sternhaufen sind Kugelsternhaufen auf den ersten Blick kein direkter Teil einer Galaxie. Sie befinden sich nicht in der sternenreichen Scheibe, sondern gravitativ gebunden in deren Halo und umkreisen die Galaxie weitläufig in einem Abstand von einigen 10.000 bis weit über 100.000 Lichtjahren (wobei die unsere Milchstraßenscheibe selber etwa 100.000 LJ durchmisst und rund 5-10 LJ ‚dick‘ ist). (Siehe Bild).
Auch sind Kugelsternhaufen extrem alte Objekte. Während die offenen Sternhaufen oftmals nur tausende oder wenige Millionen Jahre alt sind, sind Kugelsternhaufen mit die ältesten Objekte im All. Ihr durchschnittliches Alter beträgt um die 12 Milliarden Jahre. (Siehe hierzu auch die Vergleichstabelle weiter unten).
Kugelsternhaufen erreichen Helligkeiten von 6,5 bis 5,5 mag und sind somit teils mit bloßem Auge als kleine Nebelfleckchen sichtbar. Sie in Einzelsterne aufzulösen, ist ein schwieriges Unterfangen und für viele Beobachter ein großer Reiz.

Schematische Darstellung: Kugelsternhaufen im Halo der Milchstraße – Eigenes Werk unter Zuhilfenahme dieser Aufnahme der ESA (CC-BY).

Kugelsternhaufen sind im Vergleich zu offenen Sternhaufen, die sehr gut erforscht und verstanden sind, etwas mysteriöse Objekte. Einiges an ihnen ist noch nicht bekannt und das Ziel weiterer Erforschungen. So ist ihr Ursprung, ihre Entstehung und ihre Position im Rahmen der Entwicklung von Galaxien, ja sogar im Zusammenhang mit der Entwicklung des gesamten Universums nicht eindeutig geklärt. Vor allem die Herkunft bereitet Astronomen Kopfzerbrechen, denn die gleichzeitige Entstehung solcher Mengen an Sternen in einem sehr begrenzten Gebiet kann mit der heutigen Vorstellung von Sternentstehung in Dunkelwolken nicht erklärt werden. Es gibt unterschiedliche Ansätze, die Genese der Kugelsternhaufen zu erklären, aber keine allumfassende und allgemein akzeptierte Theorie.

Mit Sicherheit kann man aber folgendes sagen:
Kugelsternhaufen umfassen einige 100.000 Sterne, teils bis zu über einer Million in einem sehr engen Feld. D.h. die Sterndichte ist enorm hoch (im Zentrum eines Haufens bis zu 20.000 Mal dichter als in der Umgebung der Sonne) und der Abstand zwischen den Einzelsternen ist sehr klein.
Die in Kugelsternhaufen enthaltenen Sterne sind, wie die Kugelsternhaufen selbst, enorm alt. Dies ist anhand ihrer Zusammensetzung festzustellen. Astronomisch betrachtet handelt es sich um Population-II-Sterne*.
Ein weiterers Merkmal, das Kugelsternhaufen von offenen Sternhaufen unterscheidet, ist die völlige Abwesenheit von Gas oder Staub. Dieses wurde über die Jahrmilliarden verbraucht oder ins All geschleudert. Es findet also keine weitere Sternenentstehung mehr statt. Die enthaltenen Sterne altern gemeinsam.

Im Halo unserer Milchstraße sind etwa 160 Kugelsternhaufen bekannt und es wird angenommen, dass noch einige Dutzend weitere existieren. Aber auch andere Galaxien werden von Kugelsternhaufen umkreist. So wurden im Halo der Andromedagalaxie etwa 250 entdeckt und rund um die Galaxie M87 werden etwa 20.000 Kugelsternhaufen vermutet.

Ausflug: *Sternalter und -zusammensetzung - Eine grobe Beschreibung
Sterne setzten sich aus verschiedenen Elementen zusammen, die Hauptbestandteile sind jedoch zu rund 99% Wasserstoff und Helium. Darüber hinaus ein mehr oder weniger kleiner Anteil weiterer schwererer Elemente. In der Astrophysik werden diese schwereren Elemente als Metalle bezeichnet (nicht zu verwechseln mit unserem Begriff für Metalle!).

Nun geht die Astrophysik davon aus, dass alle Metalle (eben jenes eine Prozent, das nicht Wasserstoff oder Helium ist) in Sternen ‚erbrütet‘ werden muss. Die erste Sternengeneration enthielt demnach keine Metalle. Ihre Bestandteile waren ausschließlich Wasserstoff und Helium. Diese erste Generation wird als Population-III bezeichnet. Es waren riesige, enorm heiße Sterne, die jedoch nur wenige Millionen Jahre überdauerten, bevor sie in Supernoave endeten und die Elemente, darunter die ersten Anteile an Metallen, ins All schleuderten. Diese Elemente bildeten, wie oben bei den offenen Sternhaufen beschrieben, Gaswolken.

Aus diesen Gaswolken entstand die nächste Generation Sterne, genannt Population-II. Sie sind in der Regel über 6 Milliarden Jahre alt und enthalten die ersten, allerdings nur geringen Mengen an Metallen (1/10.000 der Anteile, die z.B. die Sonne hat). In ihnen wurden jedoch über die Jahrmilliarden weitere Metalle ‚erbrütet‘ und bei Supernovae ins All geschleudert. Praktisch alle Sterne in fast allen bekannten Kugelsternhaufen gehören in diese Kategorie.

Die ’neuesten‘ Sterne gehören nun zur Populaton-I und enthalten, im Vergleich, relativ viele Metalle. Viel bedeutet allerdings auch hier nur rund 1%. Die Sterne in offenen Sternhaufen gehören zu dieser Gruppe.

 

Kugelsternhaufen M2 im Sternbild Wassermann.

Kugelsternhaufen sind somit für die Astonomie aufgrund ihres Alters höchst interessant, denn sie ermöglichen die Beantwortung einiger Fragen zur Entstehung des Universums im Allgemeinen und Galaxien im Speziellen.
Kugelsternhaufen sind wohl auch die Vorreiter der Bildung einer Galaxienscheibe wie unserer Milchstraße, die innerhalb des sie umgebenden Halos entstand. Man geht davon aus, dass es einst wesentlich mehr Kugelsternhaufen gab, die jedoch von der entstehenden Galaxienscheibe ‚aufgerieben‘ wurden. Kugelsternhaufen sind somit die ältesten Objekte in Zusammenhang mit Galaxien. Ihr Alter von rund 13 Milliarden Jahren übersteigt das der Milchstraße mit rund 8 Milliarden Jahren deutlich.

Für uns, als Beobachter und Astrofotografen, sind Kugelsternhaufen vor allem spannende und schöne Objekte, die, neben ihrem optischen Eindruck, mit ein bisschen Hintergrundinformation nochmals interessanter werden.

Vergleich Sternhaufen

 GrößeAlterAnzahl der SterneDichteAnzahlOrt
Offene Sternhaufen3-4 LJ im Zentrum, Korona bis 20 LJ
(bis 150 LJ)
jung; ~10 Millionen Jahre, teils weniger als 1 Mio.einige Dutzend bis mehrere Tausend1,5 Sterne pro LJ³über 1100 bekannte innerhalb der Milchstraße - vermutlich über 10.000in den Spiralarmen von Galaxien
Kugelsternhaufen20 bis 50 LJalt; ~12-13 Milliarden Jahrehundertausende bis zu über 1. Mio1000 und mehr pro LJ³rund 160 bekannte um die Milchstraße - vermutlich bis zu 180im Halo von Galaxien

Sternhaufen fotografieren

Wie anfangs schon angesprochen, haben Sternhaufen für Astrofotografen drei bedeutende Vorteile: Irgendeiner ist immer zu sehen, sie lassen sich auch bei etwas lichtverschmutztem Himmel und Mondschein fotografieren und darüber hinaus mit vergleichsweise einfachem Equipment und relativ kurzen Belichtungszeiten gut abbilden.

Vor allem der dritte Punkt, „einfaches Equipment und kurze Belichtungszeiten“ dürfte für Sternenfreunde, die am Anfang stehen, relevant sein, hat man zunächst oftmals weder eine astromodifizierte Kamera und erst recht kein Autoguidingsystem zur Verfügung.
Eine astromodifizierte Kamera hilft ja vor allem, die (rot leuchtenden) Emissionsnebel farbenprächtig abzulichten. Bei Sternen bringt der Astroumbau einer DSLR praktisch keine Vorteile, da sie im ’normalen‘ sichtbaren Wellenlängenbereich leuchten. Somit eignet sich jede normale Fotokamera.
Ein Autoguider für lange Belichtungszeiten von vielen Minuten bietet ebenfalls viele Vorteile, auch bei Sternhaufen. Da es sich jedoch bei den Sternhaufen meist um klar umrissene Objekte handelt, die relativ hell strahlen, lassen sie sich auch mit kurzen Belichtungszeiten abbilden. So sind Belichtungsserien mit Einzelaufnahmen von nur 60 Sekunden absolut ausreichend, um bereits beeindruckende Ergebnisse zu erzielen.
Und selbst ganz ohne Nachführung ist es möglich, mit gestacken Bildserien ein Foto mancher Sternhaufen aufzunehmen. Ein Beispiel wäre der Doppel-Sternhauen h und chi Persei. Eine Fotoserie mit beispielsweise 200m und nur 2,5 Sekunden Belichtungszeit bei einem hohen ISO-Wert ermöglicht es, dieses Sternhaufenpaar abzulichten.
Dennoch sollte klar sein: Wirklich tolle Ergebnisse lassen sich idealerweise mit längeren Belichtungszeiten erzielen; nur müssen diese bei weitem nicht so lang sein wie bei schwachen Nebelgebieten.

Auch für Einsteiger mit einem Teleskop bieten sich Sternhaufen an: Sie sind sehr leicht aufzufinden, eindeutig zu erkennen, leicht zu fokussieren und kürzere Belichtungszeiten aufgrund einer etwas ungenauen Einnordung stellen kein Hindernis für gute Fotos dar.

Im Vergleich mit Nebelgebieten sind Sternhaufen also in vielerlei Hinsicht einfache Anfängerobjekte.

 

Freundliches Schlusswort

Zum Ende dieses Beitrags hoffe ich nun, dass die Bilder und all die Informationen bei Dir die Freude geweckt haben, selber Sternhaufen zu beobachten und zu finden. Sicherlich sind Nebelgebiete wie der große Orionnebel mit ihren bunten Farben im ersten Moment interessanter. Aber die Vielfalt, die auch Sternhaufen zu bieten haben und der Reiz, der entstehen kann, diese anfänglich nun ’nebligen Flecken‘ in Einzelsterne aufzulösen, kann verführen, immer wieder nach ihnen Ausschau zu halten.
Und selbst wenn Du kein Teleskop oder eine geeignete Kameraausrüstung hast, kann ich Dir nur raten, Dich in einer warmen Nacht einfach einmal mit einem Feldstecher an einem dunklen Ort auf den Rücken zu legen und in der Tiefe des Alls spazieren zu gehen. Bestimmt entdeckst Du einige Sternhaufen und bist erstaunt über ihre Schönheit. Und vielleicht erinnerst Du Dich dann auch daran, wie sie entstanden sind, wie weit entfernt und wie riesig diese klein erscheinenden Objekte doch sind. Und Du liegst da, auf einem winzigen Steinplaneten, geschützt unter einer hauchdünnen Atmosphäre und blickst in diese unendlichen Weiten.
Viel Freude in der Nacht wünsche ich Dir.

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Wenn Du mir einen Kommentar hierlässt freue ich mich auch, denn Kommentare sind für Blogger das Salz in der Suppe, bzw. der Sternhaufen im Dunkel der Nacht.

Zum Abschluss noch diverse Bilder von Sternhaufen. Sie sind nicht alle gleichmäßig gut, zeigen aber die Vielfalt der Sternhaufen auf.

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