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Verborgener Sternhaufen der Milchstraße könnte fast so alt sein wie das Universum
Ein Relikt aus der Frühzeit der Milchstraße: Der hinter dichtem Staub verborgene Kugelsternhaufen VVV CL001 könnte rund 13,4 Milliarden Jahre alt sein. Neue Infrarotmessungen machen ihn damit zu einem Kandidaten für einen der ältesten Sternhaufen unserer Galaxie. Allerdings ist die Altersbestimmung noch mit erheblichen systematischen Unsicherheiten behaftet.
Neapel (Italien). Im Zentrum unserer Milchstraße versperren dichte Staubwolken den Blick auf viele Sternansammlungen. Gerade dort könnten jedoch einige der ältesten Bausteine unserer Heimatgalaxie überdauert haben. Kugelsternhaufen gelten als kosmische Fossilien, weil ihre Sterne meist vor vielen Milliarden Jahren gemeinsam entstanden sind.
VVV CL001 gehört zu den besonders schwer zu untersuchenden Vertretern dieser Sternhaufen. Die lichtschwache Sternansammlung wurde bei einer Infrarot-Durchmusterung der Milchstraße entdeckt und 2011 öffentlich vorgestellt, doch ihr wahres Alter und ihre Entfernung blieben lange unklar. Vor allem der Staub und die vielen Vordergrundsterne erschweren es, die tatsächlichen Mitglieder des Haufens zu erkennen.
Forscher des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) um Julio Olivares Carvajal haben den verborgenen Kugelsternhaufen nun anhand besonders tiefer Infrarotaufnahmen untersucht. Dazu kombinierten sie Beobachtungen der FourStar-Kamera am Magellan-Baade-Teleskop mit Daten des Weltraumteleskops Hubble und zusätzlichen optischen Messungen. Die Studie liegt als Forschungs-Preprint vor und ist bereits zur Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift angenommen.
Indem sie Sternpositionen zu verschiedenen Zeitpunkten verglichen, konnten die Astronomen deren Eigenbewegungen bestimmen und Sterne im Vordergrund aussortieren. Insgesamt identifizierten sie 155 wahrscheinliche Mitglieder von VVV CL001, darunter besonders aufschlussreiche Sterne in verschiedenen Entwicklungsstadien. Ihre Verteilung von Helligkeit und Farbe ermöglicht eine deutlich verlässlichere Analyse der Eigenschaften des schwer sichtbaren Haufens.
Hinter dem Staub bleibt selbst die Entfernung schwer zu messen. Ein Mitglied des sogenannten Horizontalasts, also einer späten Entwicklungsphase bestimmter Sterne, lieferte einen wichtigen Anhaltspunkt für die Distanzbestimmung. Demnach ist VVV CL001 rund 7,34 Kiloparsec oder 24.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und liegt im zentralen Verdickungsbereich der Milchstraße, dem galaktischen Bulge.
Um das Alter zu ermitteln, untersuchte das Team den sogenannten Hauptreihen-Knickpunkt im Helligkeitsdiagramm des Haufens. An dieser Stelle verlassen Sterne die lange Phase, in der sie Wasserstoff in ihrem Inneren verbrennen, sodass sich aus ihrer Helligkeit auf das Alter der Sternpopulation schließen lässt. Der Vergleich der Beobachtungen mit zwei unterschiedlichen Modellen der Sternentwicklung ergab übereinstimmend rund 13,4 Milliarden Jahre.
Für diesen Wert geben die Forscher eine Unsicherheit von 0,4 Milliarden Jahren an. Hinzu kommt laut Studie jedoch eine systematische Unsicherheit von etwa einer weiteren Milliarde Jahren, weil die ungenaue Entfernung auch die Altersbestimmung beeinflusst. Zudem erfassen selbst die tiefen Hubble-Aufnahmen noch nicht alle schwächeren Sterne unterhalb des entscheidenden Knickpunkts.
Zum Vergleich: Das Universum ist nach gängigen Schätzungen etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. VVV CL001 könnte somit zu den frühesten erhaltenen Sternhaufen der Milchstraße gehören, aber ein Altersrekord ist keineswegs bewiesen. Die verbleibenden Unsicherheiten lassen auch ein merklich jüngeres Entstehungsdatum zu.
Die sehr geringe Häufigkeit schwererer chemischer Elemente in den Sternen deutet ebenfalls auf einen Ursprung in einer frühen Phase der Galaxiengeschichte hin. Denn diese Elemente reicherten sich im kosmischen Gas erst an, nachdem frühere Sterngenerationen sie erzeugt und ins All abgegeben hatten. Besonders metallarme Sternhaufen bewahren deshalb Hinweise auf die noch wenig chemisch veränderte Frühzeit der Milchstra