In einer überraschenden Entdeckung haben Astronomen einen Kugelsternhaufen in der Andromeda-Galaxie gefunden, der eine rekordbrechend geringe Menge an Metallen enthält. Die Entdeckung gelang mit zwei Observatorien auf dem Maunakea, dem W. M. Keck Observatory und dem Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT).
Die Sterne in dem Kugelsternhaufen namens RBC EXT8 enthalten durchschnittlich 800 Mal weniger Eisen als unsere Sonne und sind dreimal eisenärmer als der bisherige rekordhaltende Kugelsternhaufen. RBC EXT8 ist auch extrem arm an Magnesium. Die Studie unter Leitung von Søren Larsen von der Radboud University in den Niederlanden erschien am 15. Oktober 2020 im Journal Science.
„Ich bin erstaunt, dass dieser bemerkenswerte Kugelsternhaufen direkt vor unserer Nase lag. Er ist einer der hellsten Kugelsternhaufen in der Andromeda-Galaxie und seit Jahrzehnten bekannt. Dennoch hat niemand ihn detailliert untersucht“, sagte der Co-Autor der Studie Aaron Romanowsky, ein Astronom der California Observatories (UCO) und Professor am Physics and Astronomy Department der San José State University. „Es demonstriert, wie das Universum immer noch viele Überraschungen für uns zum Entdecken bereithält. Es erinnert uns auch daran, unsere Voraussetzungen zu überprüfen. In diesem Fall wurde vorausgesetzt, dass genug Sternhaufen untersucht wurden, um zu wissen, wie metallarm sie sein können.“
Ein Kugelsternhaufen ist eine große, dichte Ansammlung von Tausenden bis Millionen Sternen, die sich gemeinsam als eng gebundene Gruppe durch eine Galaxie bewegen. Bis jetzt vermuteten Astronomen, dass große Kugelsternhaufen eine beträchtliche Menge an schweren Elementen enthalten müssen.
Wasserstoff und Helium sind die beiden Hauptelemente, die nach dem Urknall entstanden. Schwerere Elemente wie Eisen und Magnesium bildeten sich später. Einen massereichen Kugelsternhaufen wie RBC EXT8 zu finden, der extrem arm an Metallen ist, widerspricht aktuellen Entstehungsmodellen und stellt einige unserer Theorien über die Geburt von Sternen und Galaxien im jungen Universum infrage.
„Unsere Entdeckung zeigt, dass massereiche Kugelsternhaufen im jungen Universum mit nur einem geringen Anteil an Elementen außer Wasserstoff und Helium entstehen konnten. Das ist überraschend, weil ein solch unberührtes Gas in Bausteinen vermutet wurde, die für zu klein für die Entstehung derart massereicher Sternhaufen gehalten wurde“, sagte Larsen.
„Diese Entdeckung ist aufregend, weil die Theorie einer ‚Metallizitätsuntergrenze‘ für Kugelsternhaufen, die eine gewisse Mindestmenge an schweren Metallen enthalten müssen, unser Verständnis darüber untermauert hat, wie diese sehr alten Sternhaufen im jungen Universum entstanden“, sagte die Co-Autorin Jean Brodie, die Direktorin des Centre for Astrophysics and Supercomputing an der Swinburne University und emeritierte Professorin für Astronomie und Astrophysik am UCO. „Unsere Entdeckung widerspricht dem Standardbild und das ist immer eine Freude.“
Die Forscher beobachteten RBC EXT8 im Oktober 2019 mit dem High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) am Keck Observatory. Der Kugelsternhaufen stand ursprünglich nicht auf dem Plan, aber Larsens Team hatte ein paar Stunden Beobachtungszeit übrig und entschied sich dazu, das Keck I Telescope auf den Kugelsternhaufen zu richten, dessen Sterne noch nicht detailliert untersucht wurden. Das Team machte spektroskopische Beobachtungen, um den Metallgehalt von RBC EXT8 zu bestimmen und nutzte drei Archivbilder des CFHT zur Bestimmung seiner Größe und zur Abschätzung seiner Masse. Ihr bemerkenswertes Ergebnis war eine recht große Überraschung.
„Beobachtungstechnisch ist es anspruchsvoll, eine detaillierte Analyse der chemischen Zusammensetzung von Kugelsternhaufen in der Andromeda-Galaxie zu bekommen, die sich am Himmel der Nordhalbkugel befindet“, sagte Brodie. „Das HIRES-Instruments am Keck Observatory ist perfekt dafür ausgestattet, um diesen Ansprüchen gerecht zu werden.“
In der Zukunft hoffen die Wissenschaftler mehr metallarme Kugelsternhaufen zu finden und das Rätsel über ihren Ursprung zu lösen.
(THK)
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