Astronomen um Chengyuan Li vom Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics in Peking könnten mit ihrer Untersuchung der Sterne im Sternhaufen NGC 1651 ein erneutes Umdenken bei der Altersbestimmung von Sternhaufen mittleren Alters – zwischen einer und drei Milliarden Jahren – auslösen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die dortigen Sterne in einem Zeitraum von nicht wesentlich mehr als rund 100 Millionen Jahren bildeten.

Sterne treten sehr häufig in Ansammlungen unterschiedlicher Größe auf. In solchen Sternhaufen weisen sie naturgemäß gleiche Entfernungen zur Erde auf und sind sich meist auch in ihrer chemischen Zusammensetzung sehr ähnlich. In der Vergangenheit gingen Astronomen davon aus, dass sie alle auch das gleiche Alter aufweisen sollten, da in jungen Haufen während der Bildung der ersten Sterne das Material innerhalb von rund zehn Millionen Jahren aufgebraucht sein sollte. Danach würden keine neuen Sterne mehr entstehen. In der jüngeren Vergangenheit widersprachen jedoch Altersbestimmungen von massereichen Sternhaufen mit einigen zehntausend Sonnenmassen dieser Vorstellung. Sie deuteten an, dass die Zeiträume, in denen eine aktive Sternentstehung in den Haufen ablief, mehrere hundert Millionen Jahre andauern können.

Farben-Helligkeits-Diagramm von NGC 1651
© Chengyuan Li and Richard de Grijs, Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (KIAA)
(Ausschnitt)
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Im Diagramm ist die Temperatur der Sterne, die sich aus ihrer Farbe herleiten lässt, gegen ihre absolute Helligkeit aufgetragen. Aus dem Abzweigpunkt der Hauptreihe lässt sich das Alter des Sternhaufens bestimmen. Ist dieser nicht klar definiert, so spricht das für einen längeren Zeitraum, innerhalb dessen sich die Sterne bildeten. Die neue Untersuchung von NGC 1651 zeigte, dass der Unterriesen-Ast (rechts von der Hauptreihe) sehr schmal ist. Dies spricht damit für das gleiche Alter der Sterne.

Das Alter einer Sterngruppe lässt sich anhand der wichtigsten beobachtbaren Sterneigenschaften bestimmen – der absoluten Helligkeit und der Temperatur. Dabei weisen gewöhnliche Sterne, die sich im hydrostatischen Gleichgewicht befinden, einen Zusammenhang zwischen diesen auf. Im Farben-Helligkeits-Diagramm (FHD), in dem die Farbe gegen die Helligkeit aufgetragen wird, ordnen sich diese Sterne alle entlang der so genannten Hauptreihe an. Erst gegen Ende ihrer Lebenszyklen, nachdem sie ihren Wasserstoff im Kern verbraucht haben, ändern sich insbesondere ihre Temperaturen und damit auch ihre spektralen Eigenschaften (Farben). Sterne in dieser Phase verlassen die Hauptreihe und "wandern" auf den so genannten Unterriesen-Ast. Weil nun die genaue Lage der Sterne auf der Hauptreihe von ihren Massen abhängt, und diese wiederum ihre Lebensdauer bestimmt, zweigt die Hauptreihe bei einer begrenzten Anzahl von Sternen ab. Das liegt daran, dass die Regionen auf der Hauptreihe, die anfänglich noch von den massereichen Sternen des Haufens bevölkert werden, sich im Lauf der Zeit zunehmend leeren. Zunächst verschwinden die massereichsten und damit kurzlebigsten Sterne.

In den vergangenen Jahren stellten Forscher nun fest, dass die Abzweigpunkte in solchen Diagrammen bei massereichen Sternhaufen häufig nicht klar definiert, sondern über größere Bereiche hinweg verschmiert sind. Bei der Altersbestimmung weitet sich somit der Zeitraum, in dem die Sterne entstanden sind. Für NGC 1651 legte eine entsprechende Untersuchung der Sterne ein Alter zwischen 1,74 und 2,19 Milliarden Jahren nahe. Die Astronomen konnten in der aktuellen Analyse jedoch nun zeigen, dass, obwohl der Abknickpunkt der Hauptreihe eine hohe Breite aufweist, die Verteilung der Sterne auf dem Unterriesen-Ast sehr schmal ist. Dieser Befund spricht wiederum für ein sehr ähnliches Alter.

Mit Hilfe dieser weiterentwickelten Sterne bestimmten die Forscher den Zeitraum der Sternentwicklung in NGC 1651 auf weniger als 160 Millionen Jahre – in der Kernregion der Ansammlung ließ er sich sogar auf 80 Millionen Jahre reduzieren. Damit deutet die Arbeit an, dass zumindest der besagte Sternhaufen – jedoch wohl auch einige weitere mit ähnlichen Merkmalen – doch nur Sterne einer Generation enthalten. Zudem macht sie deutlich, dass sich die Alter von Sternhaufen nicht einfach bestimmen lassen. Warum die Abknickpunkte in den Hauptreihen aufweichen, konnten die Forscher noch nicht mit Bestimmtheit benennen. Sie vermuten jedoch, dass die schnelle Rotation einiger Sterne, die auch ihre Zeit auf der Hauptreihe verlängert, für die Komplexität im FHD und die Schwierigkeiten bei der Altersbestimmung verantwortlich sein könnte.