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Superstarcluster in M 82
Jens Bohle
Die Galaxien M 81 / 82 bilden sicher eines der schönsten Paare am Firmament.
Schon in kleinen Fernrohren sind diese beiden Objekte und deren
unterschiedliche Gestalt gut zu erkennen. Mit größeren Teleskopen bietet M 82
schon einige interessante Details, darunter auch Superstarcluster. Diese in
Amateurkreisen vermutlich weitgehend unbekannte Objektgruppe möchte ich hier
kurz vorstellen und deren visuelle Beobachtung dokumentieren.
The galaxies M 81/ 82 belong to the most beautiful galaxy pairs in the entire sky.
Even in smaller scope these galaxies reveal their prominent appearance. Using a
larger scope M 82 shows a large amount of details including a number of Super
Star Clusters. These objects remain still unknown to many observers. This article
gives a short overview regarding the nature of these objects and their visual
detection in larger scope in the case of M 82.
Die Natur der Superstarcluster
Lange galt die Annahme, daß es sich bei Kugelsternhaufen um sehr alte Objekte
handelt, deren Alter in etwa mit dem der Muttergalaxie gleichzusetzen ist. Die Tatsache,
daß die Sternpopulation der Kugelsternhaufen auch weitgehend durch Rote Riesen
Sterne geprägt ist, untermauert dies. Zwar finden wir in Kugelsternhaufen vereinzelt
jüngere Sterne, die sogenannten „blue stragglers‘‘ („blaue Nachzügler“), diese stellen
aber eine absolute Ausnahme dar. „Blue stragglers“ sind eine Gruppe ungewöhnlich
junger Sterne in einem Kugelsternhaufen, welche vermutlich durch Sternkollision oder
Verschmelzung eines Doppelsternsystems innerhalb des Haufens (hohe Sterndichte in
einem Kugelsternhaufen) entstanden sind. Jedoch gibt es auch Kugelsternhaufen deren
Population durch junge Sterne geprägt ist. Es sind die sogenannten Superstarcluster
(nachfolgend SSC). Sie sind in den letzten Jahren immer mehr ins Blickfeld der
Astronomen gerückt. Durch bodengebundene Beobachtungen konnte die Existenz
einige dieser Objekte schon in den achtziger Jahren nachgewiesen werden, jedoch
eröffnete erst das Hubble Space Telescope (HST) einen Blick auf die Vielfalt dieser
relativ neuen Objektgruppe. Was sind nun SSC? In den letzten Jahren hat man diesen
Objekten auch den Namen „junge Kugelsternhaufen“ gegeben, was sie schon in groben
Zügen beschreibt. Wie auch bei klassischen alten Kugelsternhaufen, handelt es sich bei
den SSC um gewaltige Ansammlungen von Sternen. Allerdings finden wir, wie schon
erwähnt, keine alten Sterne, sondern vielmehr junge, sehr heiße Sterne in SSC. Die
Massen einzelner SSC sind in etwa mit denen der klassischen Kugelsternhaufen
vergleichbar. Um jedoch die Aussage „junge Kugelsternhaufen„ zu untermauern, muß
man auch sicherstellen, daß die Objekte auch in fortgeschrittenen Stadium noch
gravitativ gebunden sind und es sich nicht etwa um OB Stern- Assoziationen handelt
welche in Zukunft zerfallen. Dies läßt sich bei SSC im fortgeschrittenen Stadium (Alter
~40 Millionen Jahre) schon gut beurteilen [3]. Die Tatsache, daß die Bildung der
Kugelsternhaufen nicht nur in der Frühphase der Galaxienentwicklung datiert ist, zählt
zu den bedeutenden Erkenntnissen der Astrophysik welche ohne das HST kaum
möglich gewesen wäre. Charakteristisch für SSC sind die enormen absoluten
Leuchtkräfte / Helligkeiten dieser Objekte. Die hellsten Vertreter bringen es auf absolute
Helligkeiten von bis zu -16 mag v (z.B. NGC 4038 S) [1]. Der mit Abstand hellste
galaktische Kugelsternhaufen, Omega Centauri, liegt gut sechs Größenklassen
darunter. Berechnungen zeigen allerdings, daß sich die Helligkeiten im Laufe der
Sternentwicklung denen alter Kugelsternhaufen nähern werden [2]. Man hat solche
Objekte in einer ganzen Reihe von Galaxien erkannt. Nicht wenige Galaxien darunter
sind wechselwirkende Systeme (z.B. die Antennen Galaxie NGC 4038/39) und
Starburstgalaxien. So auch im Fall von M 82, dem Prototyp einer Starburstgalaxie.
Die Superstarcluster in M 82
Nach diversen Untersuchungen in den 80er und 90er Jahren hat man heute recht
genaue Vorstellungen über die Geschehnisse in M 82. Die Wechselwirkung zwischen M
82 und M 81 und / oder den anderen Galaxien der M 81-Gruppe hat bis vor etwa 500
Millionen Jahren große Mengen von Gas in den zentralen Teil von M 82 strömen lassen.
Dies löste nachfolgend eine hohe Sternentstehungsrate aus, deren maximale Phase
etwa 50 Millionen Jahre andauerte [4]. Die Entstehung neuer Sterne hat sich dabei in
einem zentralen, im Radius etwa 250pc messenden Bereich abgespielt. Dies zeigen
unter anderem Untersuchungen im Infaroten und Radiobereich. Diese auffälligsten
Bereiche sind auch im Optischen dominant. Diese fallen auch schon bei Beobachtungen
im Amateurteleskop auf. Es sind die hellsten Knoten im inneren Bereich von M 82. In [5]
sind erstmals einzelnen Designationen dieser Strukturen aufgeführt, später hat man
weitere Buchstaben für andere Regionen vergeben Diese tragen die Bezeichnungen M
82 A,B,C, E, F, H und L. Der hellste dieser Knoten, M 82 A, ist etwa 13,8 mag V hell und
fällt bei der visuellen Beobachtung als großes helles Gebiet östlich des Galaxienkerns
auf. HST Aufnahmen Anfang der 90er Jahre ließen in M 82 A viele einzelne Sternhaufen
erkennen. Die Nähe von M 82 machte dies möglich, denn in meisten anderen Galaxien
können selbst mit dem HST keine einzelnen Sternhaufen erkannt werden. Die einzelnen
Sternentstehungsgebiete in M 82 befinden sich in unterschiedlichen
Entwicklungsstadien. So ist M 82 B mit einem Alter von ~ 200 Millionen Jahren relativ
alt, der cluster F mit etwa 60 Millionen Jahren schon wesentlich jünger. Die aktivste und
jüngste Region ist M 82 A, welche sehr junge, etwa 5 Millionen Jahre alte cluster enthält.
Die starken Emissionslinien in M 82 A und interne starke Absorption deuten auf eine
aktive Sternentstehung hin. Dies zeigt, daß die Geburt neuer Sterne in M 82 zu völlig
unterschiedlichen Zeitpunkten und Orten stattgefunden hat. Diese Tatsache bietet somit
die Möglichkeit, die Entwicklung dieser Objekte in derselben Galaxie zu verfolgen.
M 82 am 26.02.98, aufgenommen von Bernd Flach- Wilken am Hypergraphen mit
APOGEE-AM 13 bei Feff= 3,2m und 3x 600 sec, ohne Filter. Die SSC A, C, F und H
sind markiert
Die visuellen Beobachtungsmöglichkeiten
Um es vorweg zu sagen, wer sich diese Objektgruppe einmal im Teleskop anschauen
möchte, sollte ein größeres Amateurteleskop zur Hand haben. Die visuelle Beobachtung
einzelner SSC ist ungleich schwieriger und dürfte nur den großen „Tüten“ (ab 16 Zoll
aufwärts) vorbehalten sein - und dies auch nur bei gutem Seeing. Vergrößerungen ab
350fach sollten schon zum Einsatz kommen. Für den visuellen Beobachter dürften
überhaupt nur wenige Galaxien Frage kommen, in denen auch mit größeren Öffnungen
diese Objektgruppe beobachtbar ist. Beobachtungsmöglichkeiten wären beispielsweise
die SSC der Antennen Galaxie NGC 4038/39, die SSC in NGC 1569, der zentrale
cluster in NGC 4214 und eben die hellsten Objekte in M 82. Auch die Fotografie solcher
Objekte scheint schwierig, da sie vor der Hintergrundhelligkeit der Galaxie schwer
abzubilden sind. Mir sind bis dato keine gezielten Aufnahmen bekannt. Dies macht dem
visuellen Beobachter ebenfalls Schwierigkeiten. Dies konnte ich erstmals bei meinen
Beobachtungen der SSC A und B in NGC 1569 feststellen [6] + [7]. Die Helligkeiten
dieser Objekte (14,8mag v für cluster A und 15,5mag v für cluster B) suggerieren eine
visuelle Sichtung bereits mit mittleren optischen Gerät, aber die Lage der cluster im
hellsten Bereich der Galaxie relativiert die Sache sehr schnell da der Kontrast stark
sinkt. Wie bei vielen Beobachtungen am Limit können solche Details nicht sofort beim
ersten Blick durchs Okular erkannt werden. Hier bedarf es etwas Geduld. Nur bei gutem
Seeing und optimaler Vergrößerung können Beobachtungsversuche von Erfolg gekrönt
sein.
Visuelle Beobachtung der M 82 Superstarcluster
Beim Blick durchs Teleskop fällt im Zentralbereich der Galaxie das Objekt M 82 A sehr
schnell auf. Dieses auffällige Gebiet, welches ein Konglomerat aus über 100
Sternhaufen darstellt, ist sicherlich schon in mittelgroßen Teleskopen zu erkennen und
auch auf den Amateuraufnahmen findet man M 82 A wieder (siehe Aufnahme 1). Bei
meinen bisherigen Beobachtungen mit 20 Zoll Öffnung konnte ich M 82 A sicher
erkennen, jedoch blieb eine Auflösung in einzelne cluster aus. Die Helligkeiten der
hellsten cluster in M 82 A bewegen sich in einem Bereich knapp über der 17ten
Größenklasse [5] und sind am Limit eines 20 Zöllers - jedoch keine unlösbare Aufgabe.
Hier werde ich weitere Versuche unternehmen. Beobachtungskollege Rich Jakiel aus
den USA, mit dem ich zeitgleich diese Objekte beobachtet habe, konnte mit 24 Zoll
Öffnung einzelne cluster in M 82 A erkennen. Der hellste einzelne SSC in M 82 ist M 82
F. Er zählt zu den leuchtkräftigsten Objekten dieser Klasse überhaupt und befindet sich
im tief Inneren der Galaxie. Selbst die enorm leuchtkräftigen cluster NGC 1569 A (-14,1
mag absolut) und der cluster NGC 1705 1 (-14 mag absolut) sind deutlich
lichtschwächer. Ca. 1,8 Millionen Sonnenmassen sorgen bei M 82 F für eine absolute
Helligkeit von –15,8mag. Für den Beobachter am Teleskop bedeutet dies eine visuelle
scheinbare Helligkeit von 16,5 mag v [8]. Da der cluster stark durch interne Adsorption
geschwächt wird bleibt er trotz seiner enormen tatsächlichen Helligkeit eine relativ
schwieriges Objekt. Eigene Beobachtungen während des ITV 2000 zeigten M 82 F mit
20 Zoll Öffnung bei Vergrößerungen von 324fach und 432fach als stellares Objekt in
mehr als der Hälfte der Beobachtungszeit. Eine visuelle Beobachtungsmöglichkeit der
SSC in M 82 B, einem Komplex östlich des Galaxienkerns (siehe Aufnahme 2) dürfte mit
20 Zoll Öffnung aussichtslos sein, da diese sich größtenteils in einem Bereich von etwa
19- 21mag v bewegen [4]. Allerdings gibt es in M 82 B zwei cluster welche es auf
17,8mag v bringen, dies dürfte aber auch angesichts der beschrieben Schwierigkeiten
knapp jenseits der Möglichkeit eines 50cm Teleskops liegen.
Fazit
Für Sternfreunde mit großem Teleskop und einer Vorliebe für bisher wenig frequentierte
Objekte in der Amateurastronomie stellen die SSC m. E. eine große Herausforderung
und reizvolles Ziel dar. Mit dem Bewußtsein, sich einer Objektgruppe zu widmen, die
auch bei den professionellen Astronomen erst seit relativ kurzer Zeit von Interesse ist,
ist die amateurastronomische Beobachtung dieser außergewöhnlichen Objekte für mich
ein reizvolles Projekt. Über Rückfragen oder Austausch von Beobachtungsergebnissen
stehe ich gern zur Verfügung.
Nachtrag: Wiederholte Beobachtungen dieser Region (ITV 2001) ließen auch in M 82 A
einzelne cluster erkennen.
[1] Whitmore B.C. et al AJ 1999
[2] Maoz,D ; Barth, A.J.; Ho, L.C. ; Sternberg, A. ; Filippenko, A. V. : An ultraviolett
through Infared Look at Star formationand Superstarclusters in two Circumnuclear Star
Burstrings (ApJ im Druck)
[3] Schweizer, F. : Young Globular Clusters
[4] Gallagher III, J.S. ; de Grijs, R.; O´Connell, R.W. : The fossil starburst in M 82; AJ,
121, 768 2001
[5] O´Connel, R. W. ; Mangano, J. J. : SSC in M 82; ApJ, 221, 62, 1978
[6] Bohle, J. : Magellan 1/ 2000 : NGC 1569- zwei Supersternhaufen
[7] Bohle, J. ; VdS Journal Sommer 2000 : Extragalaktische Kugelsternhaufen
[8] Smith, L. J. ; Gallagher III, J. S. : The properties of Young Clusters in M 82