Objekte des Monats: Der Kugelsternhaufen Messier 4

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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.

Sternbild Skorpion
Das Stern­bild Skorpion

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.

Antares Region
Die 500 Licht­jah­re ent­fern­te Ant­ares-Regi­on mit dem Kugel­stern­hau­fen Mes­sier 4

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.

Messier 4
Mes­sier 4 – Auf­nah­me von Her­bert Wal­ter & CEDIC Team, Quel­le: CCD-Gui­de, Astro­no­mi­scher Arbeits­kreis Salzkammergut

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.

Weiße Zwerge in M 4
Wei­ße Zwer­ge in M 4 – Credit: Har­vey Richer (Uni­ver­si­ty of Bri­tish Colum­bia, Van­cou­ver, Cana­da), M. Bol­te (Uni­ver­si­ty of Cali­for­nia, San­ta Cruz) and NASA/ESA

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. 

Messier 4 (HST)
Zen­tral­be­reich von Mes­sier 4 in einer Auf­nah­me des Hub­ble-Welt­raum­te­le­skops – Credit: ESA/Hubble & NASA, Public domain, via Wiki­me­dia Commons

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.

Aufsuchkarte
Auf­such­kar­te für Mes­sier 4 – erstellt mit SkytechX

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, 34 hits)

Steckbrief für Messier 4

Objekt­na­meMes­sier 4
Kata­log­be­zeich­nungNGC 6121, GCL 41, ESO 517-SC1 
TypKugel­stern­hau­fen, IX
Stern­bildSkor­pi­on (Scor­pi­us)
Rekt­aszen­si­on (J2000.0)16h 23m 35,5s
Dekli­na­ti­on (J2000.0)-26° 31′ 29″
V Hel­lig­keit5,8 mag
Flä­chen­hel­lig­keit12,0 mag
Win­kel­aus­deh­nung26,3′
Durch­mes­ser75 Licht­jah­re
Ent­fer­nung7.200 Licht­jah­re
Beschrei­bungCl,8 or 10 B* in line,rrr; Look for cen­tral bar structure
Ent­de­ckerJean-Phil­ip­pe Loys de Ché­seaux, 1745/46
Ster­n­at­lan­tenCam­bridge Star Atlas: Chart 17 & 18
Inter­stel­lar­um Deep Sky Atlas: Chart 79
Mill­en­ni­um Star Atlas: Charts 1397–1398 (Vol III)
Pocket Sky Atlas: Chart 57
Sky Atlas 2000: Chart 22
Ura­no­me­tria 2nd Ed.: Chart 147

Andreas

Andreas Schnabel war bis zum Ende der Astronomie-Zeitschrift "Abenteuer Astronomie" im Jahr 2018 als Kolumnist tätig und schrieb dort über die aktuell sichtbaren Kometen. Neben Astronomie, betreibt der Autor des Blogs auch Fotografie und zeige diese Bilder u.a. auf Flickr.

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