Objekte des Monats: Der Kugelsternhaufen Messier 4

Der Kugel­stern­hau­fen Mes­sier 4 (NGC 6121), im süd­li­chen Stern­bild Skor­pi­on (Scor­pi­us), wur­de im Jahr 1745/46 von dem Schwei­zer Ama­teur­as­tro­no­men und Mathe­ma­ti­ker Jean-Phil­ip­pe Loys de Ché­seaux ent­deckt, der ihn als 19. Objekt in sei­nen Kata­log auf­nahm. Er ver­öf­fent­lich­te sei­ne Beob­ach­tun­gen aller­dings nicht. Der fran­zö­si­sche Astro­nom Nicho­las Lou­is de Lacail­le ent­deck­te den Stern­hau­fen unab­hän­gig von ihm am 13. April 1752 am Kap der Guten Hoff­nung in Süd­afri­ka. Der fran­zö­si­sche Astro­nom Charles Mes­sier nahm das Objekt am 8. Mai 1764 als 4. Ein­trag in sei­nen berühm­te Nebel­lis­te auf. Er beschrieb ihn als Hau­fen sehr schwa­cher Ster­ne nahe bei Ant­ares, der mit klei­ner Öff­nung neb­lig erscheint. M 4 ist der ein­zi­ge Kugel­hau­fen, den Mes­sier mit sei­nem beschei­de­nen Instru­men­ta­ri­um in Ein­zel­ster­ne auf­lö­sen konn­te. Ande­re von ihm ent­deck­te Kugel­stern­hau­fen wur­den erst 20 Jah­re spä­ter von dem deutsch-bri­ti­sche Astro­nom Wil­helm Her­schel auf­ge­löst, als er die­se Objek­te in sei­nen grö­ße­ren Tele­sko­pen beob­ach­ten konn­te. Her­schel war es auch, der im Jahr 1783 eine zen­tra­le Bal­ken­struk­tur im Zen­trum die­ses Stern­hau­fens nach­wei­sen konnte.

Der nächste große Kugelsternhaufen zu unserem Sonnensystem

Mes­sier 4 ist von dunk­len, süd­li­chen Stand­or­ten aus, mit einer schein­ba­ren Hel­lig­keit von 5,8 Magni­tu­den, theo­re­tisch schon mit dem blo­ßen Auge erkenn­bar. Aller­dings stört der Haupt­stern Ant­ares die Beob­ach­tung mit unbe­waff­ne­ten Auge. Ohne inter­stel­la­re Absorp­ti­on – der Stern­hau­fen liegt räum­lich gese­hen nur 2.000 Licht­jah­re ober­halb der galak­ti­schen Ebe­ne – wür­de Mes­sier 4 uns sogar noch etwas hel­ler erschei­nen. Das Licht sei­ner 100.000 Mit­glieds­ster­ne wird auf dem Weg zu uns deut­lich gerö­tet und in sei­ner Inten­si­tät um 0,8 Grö­ßen­klas­sen abge­schwächt. Mit einer schein­ba­ren Aus­deh­nung von 26 Bogen­mi­nu­ten, erscheint er uns vom Durch­mes­ser her ähn­lich groß wie der Voll­mond an unse­rem Himmel.

Mes­sier 4 liegt knapp 7.200 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt und ist mit NGC 6397, im süd­li­chen Stern­bild Altar (Ent­fer­nung 7.500 Licht­jah­re), der uns nächst gele­ge­ne und am bes­ten unter­such­te kugel­för­mi­ge Stern­hau­fen. Nur der im Jahr 2006 ent­deck­te schwa­che Kugel­hau­fen FSR 1767 ist, mit einer Ent­fer­nung von 4.900 Licht­jah­ren, ver­mut­lich noch etwas näher an unse­rem Son­nen­sys­tem. Auf­grund sei­ner süd­li­chen Posi­ti­on im Stern­bild Skor­pi­on, ist M 4 von Mit­tel­eu­ro­pa aus gese­hen nicht ein­fach zu beob­ach­ten, steigt er doch gera­de ein­mal 15 Grad hoch über den Süd­ho­ri­zont. Somit ist er für Mit­tel­eu­ro­pä­er weni­ger attrak­tiv als bei­spiels­wei­se die Kugel­stern­hau­fen Mes­sier 5 in der Schlan­ge oder Mes­sier 13 im Stern­bild Her­ku­les. Abso­lut gese­hen ist M 4, im Ver­gleich mit die­sen Kugel­hau­fen, auch deut­lich klei­ner und ent­hält deut­lich weni­ger Ster­ne. Mit sei­ner Kon­zen­tra­ti­ons­klas­se IX gilt er als einer der lockers­ten Kugel­stern­hau­fen im gesam­ten Messier-Katalog.

Der Stern­hau­fen ist zum Zen­trum hin nur schwach kon­zen­triert und besitzt auf die Ent­fer­nung gerech­net nur eine Aus­deh­nung von ca. 75 Licht­jah­ren. Die Hälf­te sei­ner Stern­mas­se befin­det sich in der inne­ren Regi­on des Hau­fens, die einen Durch­mes­ser von nur 16 Licht­jah­ren besitzt. Der Schwer­kraft­ein­fluss des Kugel­hau­fens reicht bis in eine Ent­fer­nung von 140 Licht­jah­ren vom Zen­trum. Das Alter von M 4 wird auf 12,7 Mil­li­ar­den Jah­re geschätzt. Eine vol­le Umkrei­sung um das Zen­trum unse­rer Milch­stra­ße dau­ert unge­fähr 120 Mil­lio­nen Jah­ren. Wäh­rend sei­nes Umlaufs taucht M 4 regel­mä­ßig durch die galak­ti­sche Schei­be hin­durch und kommt dem Zen­trum unse­rer Hei­mat­ga­la­xie bis auf 1.000 Licht­jah­re nahe. Er kann sich bis zu 30.000 Licht­jah­re vom galak­ti­schen Zen­trum entfernen.

Das Ein­tau­chen in die galak­ti­sche Schei­be hat zur Fol­ge, dass er bei jedem Umlauf, auf­grund von Gezei­ten­kräf­ten der Milch­stra­ße, einen Teil sei­ner Mas­se in Form von Ster­nen ver­liert. In der Ver­gan­gen­heit könn­te M 4 somit deut­lich mas­se­rei­cher gewe­sen sein. Mes­sier 4 befin­det sich im nörd­li­chen Bereich der galak­ti­schen Bul­ge unse­rer Hei­mat­ga­la­xie. Aus die­sem Grund wur­de der Stern­hau­fen auch als Kali­brie­rungs­in­stru­ment ver­wen­det, um die Ent­fer­nung zum galak­ti­schen Zen­trum genau zu mes­sen. Etwa 15% der Ster­ne in M 4 sind Dop­pel­ster­ne und ins­ge­samt 65 ver­än­der­li­che Ster­ne sind bekannt.

Zwei Phasen der Sternentstehung, Pulsare und ein Lithiumstern

In Mes­sier 4 wur­den zwei Stern­po­pu­la­tio­nen ent­deckt, so dass man ver­mu­tet, dass in sei­ner Ver­gan­gen­heit zwei Zyklen von Stern­ent­ste­hung statt­ge­fun­den haben muss. Im Schnitt besit­zen die Ster­ne in M 4 nur 8,5% des „Metall­ge­halts“ unse­rer eige­nen Son­ne. In der Astro­no­mie wird die Häu­fig­keit ande­rer Ele­men­te als Was­ser­stoff und Heli­um als Metal­li­zi­tät bezeich­net. Im Jahr 1995 ent­deck­te das Hub­ble-Welt­raum­te­le­skop (HST) 258 Wei­ße Zwerg, die mit einem Alter von fast 13 Mil­li­ar­den Jah­ren zu den ältes­ten bekann­ten Ster­nen unse­res Milch­stra­ßen­sys­tems zäh­len. Wei­ße Zwerg­ster­ne sind die Ker­ne alter Ster­ne, die ihre äuße­ren Hül­len vor lan­ger Zeit ver­lo­ren haben. Ins­ge­samt dürf­te der Stern­hau­fen mehr als 40.000 Wei­ße Zwer­ge enthalten.

Ein wei­ßer Zwerg besitzt sogar einen Pul­sar (PSR B1620-26) als Beglei­ter, der wahr­schein­lich von einem Pla­ne­ten mit der 2,5‑fachen Jupi­ter­mas­se, inner­halb von 100 Jah­ren und in einem Abstand von 35 Astro­no­mi­schen Ein­hei­ten, umkreist wird. Er ist einer der ältes­ten bekann­ten extra­so­la­ren Pla­ne­ten, etwa drei­mal so alt wie unser Son­nen­sys­tem. 1987 wur­de ein Pul­sar ent­deckt (CX‑1), der eine Puls­pe­ri­ode von nur 3 Mil­li­se­kun­den auf­weist und damit rund 10 Mal schnel­ler rotiert, als der berühm­te Pul­sar im Krebs­ne­bel (Mes­sier 1). Bei einem Stern in Mes­sier 4 wur­de außer­dem fest­ge­stellt, dass er viel mehr von dem sel­te­nen und leich­ten Ele­ment Lithi­um ent­hält als erwar­tet. Die Quel­le die­ses Lithi­ums ist immer noch Gegen­stand der For­schung, denn nor­ma­ler­wei­se wird das Ele­ment im Lau­fe eines Ster­nen­le­bens zerstört. 

Knapp 1° nord­öst­lich von Mes­sier 4 befin­det sich mit NGC 6144 ein wei­te­rer, in sei­nem Durch­mes­ser deut­lich klei­ne­rer Kugel­stern­hau­fen. Die­ser wur­de am 22. Mai 1783 von Wil­helm Her­schel ent­deckt. Der Stern­hau­fen ist auf Fotos eben­falls nicht sehr stark kon­zen­triert und besitzt eine Hel­lig­keit von 9,0 Grö­ßen­klas­se. Er ist in 3 bis 4 Zoll gro­ßen Tele­sko­pen als unschar­fer Nebel­fleck erkenn­bar, befin­det sich aber mit 32.000 Licht­jah­ren Ent­fer­nung wei­ter im Hin­ter­grund. Sei­ne Auf­lö­sung in ein­zel­ne Ster­ne erfor­dert Öff­nun­gen ab 8 Zoll und 100-fache Vergrößerung.

Beobachtung

Mes­sier 4 ist ein leich­tes Objekt für alle Opti­ken. Auf­grund der gerin­gen Hori­zont­hö­he in Mit­tel­eu­ro­pa, wird sein Erschei­nungs­bild oft von Dunst und Licht­ver­schmut­zung getrübt. Im 7x50 Fern­glas erscheint der Hau­fen wie ein ver­wa­sche­ner Licht­ball. Im 10x50 Feld­ste­cher erscheint das Zen­trum rela­tiv hell und von einem dün­nen Licht­hof umge­ben. Im 16x70 Feld­ste­cher kann unter guten Bedin­gun­gen sogar schon sein Rän­der in ein­zel­ne Ster­ne auf­ge­löst wer­den. Tele­sko­pe ab 2 bis 3 Zoll Öff­nung und mitt­le­rer Ver­grö­ße­rung lösen den Kugel­stern­hau­fen eben­falls schon in den Rand­be­zir­ken auf. Die hells­ten Ster­ne besit­zen Hel­lig­kei­ten von 10,8 mag. Mit 4 bis 5 Zoll Öff­nung und 60 bis 80-facher Ver­grö­ße­rung ist der Stern­hau­fen schon voll­stän­dig, bis ins Zen­trum hin­ein, in vie­le ein­zel­ne Ster­ne auf­ge­löst. Mitt­le­re Tele­sko­pe von 6 bis 8 Zoll Öff­nung zei­gen schon die auf­fäl­li­ge Bal­ken­struk­tur, die schon Her­schel in sei­nem Tele­skop sah. Sie besteht aus 11 mag hel­len Ster­nen, die ent­lang einer von Nor­den nach Süden ver­lau­fen­den Linie von 2,5 Bogen­mi­nu­ten Län­ge ange­ord­net sind. Mit Öff­nung von 10 bis 12 Zoll erscheint der Kugel­stern­hau­fen sehr impo­sant und es las­sen sich hun­der­te Ein­zel­ster­ne mühe­los bis ins Zen­trum hin­ein auflösen.

Mes­sier 4 ist am bes­ten in den Som­mer­mo­na­ten zu beob­ach­ten, wenn das Stern­bild Skor­pi­on über dem Süd­ho­ri­zont steht. Der Kugel­stern­hau­fen ist sehr leicht zu fin­den, befin­det er sich doch nur 1,3° west­lich vom hel­len Haupt­stern Ant­ares (Alpha Scor­pii, 0,96 mag) ent­fernt. Er bil­det mit Ant­ares und Sig­ma Sco (2,9 mag) ein gleich­schenk­li­ges Drei­eck und ist schon im 6x30 Sucher­te­le­skop als ver­wa­sche­nes Stern­chen erkennbar.

Auf­such­kar­te Mes­sier 4 (47,1 KiB, 291 hits)

Steckbrief für Messier 4