Objekte des Monats: Der Kugelsternhaufen Messier 15

Der Kugel­stern­hau­fen Mes­sier 15 (NGC 7078), im nörd­li­chen Stern­bild Pega­sus, wur­de am 7. Sep­tem­ber 1746 von dem in Ita­li­en gebo­re­nen fran­zö­si­schen Astro­no­men Jean-Domi­ni­que Maral­di ent­deckt. Sei­ne Ent­de­ckung erfolg­te bei sei­ner Suche nach dem Kome­ten de Che­seaux von 1746. Er beschrieb ihn als ziem­li­chen hel­len Nebel­stern, der aus vie­len Ster­nen besteht. Maral­di ver­öf­fent­lich­te sei­ne Beob­ach­tung in den „Mémoi­res de l’A­ca­dé­mie“ des glei­chen Jah­res. Der fran­zö­si­sche Astro­nom Charles Mes­sier ent­deck­te M 15 am 3. Juni 1764 unab­hän­gig von Maral­di und beschrieb ihn als run­den Nebel ohne Ster­ne, zwi­schen dem Kopf des Pega­sus und dem Equue­leus. Im Gegen­satz zu Maral­di, konn­te Mes­sier den Hau­fen noch nicht in Ein­zel­ster­ne auf­lö­sen. Dies gelang erst dem deutsch-bri­ti­schen Astro­nom Wil­helm Her­schel, der ihn im Jahr 1783 in zahl­rei­che Ein­zel­ster­ne auf­lö­sen und damit sei­ne wah­re Natur offen­ba­ren konn­te. Als eines der berühm­te­ren Objek­te im Mes­sier-Kata­log, ist M 15 unter Hob­by­as­tro­no­men auch als „Gro­ßer Pega­sus­hau­fen“ bekannt.

Kompakter und heller Kugelsternhaufen

Mes­sier 15 ist mit einer schein­ba­ren Hel­lig­keit von 6,2 mag der zweit­hells­te kugel­för­mi­gen Stern­hau­fen des Nord­him­mels und kann bereits mit jedem Feld­ste­cher, knapp 4° nord­west­lich des Sterns Enif, auf­ge­fun­den wer­den. Er steht 33.900 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt und besitzt einen schein­ba­ren Durch­mes­ser von 18 Bogen­mi­nu­ten, was einer tat­säch­li­chen Aus­deh­nung von rund 175 Licht­jah­ren ent­spricht. Sein Gezei­ten­ra­di­us beträgt sogar 210 Licht­jah­re und sei­ne Mas­se 450.000 Son­nen­mas­sen. Des Wei­te­ren ent­hält der Kugel­stern­hau­fen min­des­tens 100.000 Ster­ne. Die hells­te Mit­glie­der errei­chen eine schein­ba­re Hel­lig­keit von 12,6 Magni­tu­den oder 1.000 Son­nen­leucht­kräf­te. Mit einer abso­lu­ten Hel­lig­keit von ‑9,2 Grö­ßen­klas­sen, zählt M 15 auch zu den größ­ten und mas­se­reichs­ten Kugel­stern­hau­fen unse­rer Milch­stra­ße. Die Zen­tral­re­gi­on ist nicht exakt rund, son­dern leicht elliptisch.

M 15 umrun­det das Zen­trum unse­rer Gala­xis auf einer 40° gegen die Milch­stra­ßen­ebe­ne geneig­ten Bahn und kann sich bis zu 45.000 Licht­jah­re vom Zen­trum unse­rer Gala­xis ent­fer­nen. Für einen voll­stän­di­gen Umlauf benö­tigt der Kugel­hau­fen rund 250 Mil­lio­nen Jah­re. Mit einem Alter von 13,2 Mrd. Jah­re – sei­ne Mit­glieds­ster­ne wei­sen nur eine sehr gerin­ge Metal­li­zi­tät auf – gehört Mes­sier 15 zu den ältes­ten Objek­ten sei­ner Klas­se. Gleich­zei­tig ist Mes­sier 15 auch der kom­pak­tes­te Kugel­stern­hau­fen unse­rer Gala­xis (Kon­zen­tra­ti­ons­klas­se IV), der in der Ver­gan­gen­heit einen so genann­ten Kern­kol­laps erlit­ten hat. Kern­kol­lap­se sind in der dyna­mi­schen Ent­wick­lung von Kugel­hau­fen kei­ne Sel­ten­heit. Ins­ge­samt 21 der 157 bekann­ten Kugel­stern­hau­fen in der Milch­stra­ße – und mög­li­cher­wei­se 8 wei­te­re – haben einen Kern­kol­laps erlit­ten. Bei M 15 setz­te die­ser aber erst vor weni­gen Mil­lio­nen Jah­ren ein. Selbst das Hub­ble-Welt­raum­te­le­skop (HST) konn­te den ver­dich­te­ten Kern, bis auf 0,06 Licht­jah­re vom Zen­trum, kaum in Ein­zel­ster­ne auf­lö­sen. Im Kern­be­reich des Hau­fens drän­gen sich unglaub­lich vie­le Ster­ne auf engs­ten Raum. Im nur 22 Licht­jah­re gro­ßen inne­ren Bereich wer­den mehr als 30.000 Ster­ne vermutet.

Um das 10 Licht­jah­re gro­ße Zen­trum von Mes­sier 15, der einen schein­ba­ren Durch­mes­ser von nur 1 Bogen­mi­nu­te auf­weist, ist unge­fähr die Hälf­te der Hau­fen­mas­se kon­zen­triert. Somit herrscht dort eine der höchs­ten Stern­dich­ten die wir im loka­len Uni­ver­sum ken­nen! Der mitt­le­re Abstand der Ster­ne beträgt im Zen­trum gera­de ein­mal die Ent­fer­nung zwi­schen der Son­ne und dem Zwerg­pla­ne­ten Plu­to. Das Zen­trum ent­hält ver­mut­lich ein mit­tel­schwe­res Schwar­zes Loch, mit bis zu 4.000 Son­nen­mas­sen. Das Rönt­gen­te­le­skop Uhu­ru und das Chandra X‑Ray-Obser­va­to­ri­um haben in Mes­sier 15 auch zwei hel­le Rönt­gen­quel­len ent­deckt mit der Bezeich­nung M15 X‑1 und M 15 X‑2. Die ers­te Quel­le ist auch die ers­te astro­no­mi­sche Rönt­gen­quel­le, die im Stern­bild Pega­sus gefun­den wurde.

Neutronensterne und ein planetarischer Nebel

Unter sei­nen zahl­rei­chen Mit­glieds­ster­nen sind min­des­tens 130 ver­än­der­li­che Ster­ne bekannt, dar­un­ter 47 RR-Lyrae Ster­ne, so genann­te Hau­fen­ver­än­der­li­che, zwei Cep­hei­den, davon einer vom W‑Vir­gi­nis-Typ, sowie zwei Zwerg­no­vae. Somit steht Mes­sier 15 auf Platz 3 der­je­ni­gen Kugel­hau­fen, mit den meis­ten Ver­än­der­li­chen. Die Ande­ren sind Ome­ga Cen­tau­ri (NGC 5139), im süd­li­chen Stern­bild Zen­taur, sowie Mes­sier 3 in den Jagd­hun­den. Auch 9 Pul­sa­re und ein Dop­pel­stern­sys­tems aus zwei Neu­tro­nen­ster­nen (PSR 2127+11C) wur­den ent­deckt. Die­se sind die Über­res­te alter Super­no­va­ex­plo­sio­nen vor vie­len Mil­li­ar­den Jah­ren, als der Hau­fen noch jung war. Das Neu­tro­nen­stern-Dop­pel­stern­sys­tem zeigt sogar die Aus­wir­kun­gen rela­ti­vis­ti­scher Effek­te in einem star­ken Gra­vi­ta­ti­ons­feld wie Peri­hel­dre­hung, Licht­ab­len­kung und Ener­gie­ver­lus­te durch Gravitationswellen.

Im Gegen­satz zu den meis­ten Kugel­stern­hau­fen unse­res Milch­stra­ßen­sys­tems, ent­hält Mes­sier 15 einen pla­ne­ta­ri­schen Nebel: Pease 1 oder PK 65–27.1 besitzt einen Durch­mes­ser von nur 3 Bogen­se­kun­de und eine Hel­lig­keit von 13,8 Magni­tu­den. Der Nebel wur­de im Jahr 1928 von dem ame­ri­ka­ni­schen Astro­no­men Fran­cis Glad­heim Pease auf einer Foto­plat­te des 100-Zoll Tele­skops auf dem Mount Wil­son ent­deckt. Auf­merk­sam mach­te ihm das unge­wöhn­li­che Erschei­nungs­bild die­ses „Sterns“. Pease 1 befin­det sich 1,5 Bogen­mi­nu­ten nord­öst­lich des Hau­fen­zen­trums. Der 0,6 Son­nen­mas­sen schwe­re, sehr hei­ße Zen­tral­stern besitzt eine Tem­pe­ra­tur von 40.000 Kel­vin und eine schein­ba­re Hel­lig­keit von rund 15,0 mag. Seit­dem wur­den nur 5 wei­te­re pla­ne­ta­ri­sche Nebel in Kugel­stern­hau­fen gefun­den, dar­un­ter in M 22, NGC 6441 und Palo­mar 6. Mes­sun­gen der Radi­al­ge­schwin­dig­keit des Nebels bestä­ti­gen eine Zuge­hö­rig­keit des pla­ne­ta­ri­schen Nebels zum Haufen.

Um Pease 1 visu­ell auf­zu­fin­den, benö­tigt man aber min­des­tens ein Tele­skop von 12 bis 14 Zoll Öff­nung, hohe Ver­grö­ße­run­gen, von min­des­tens 200-fach, einen O‑III-Fil­ter sowie sehr ruhi­ge Luft. Die Kennt­nis sei­ner genau­en Posi­ti­on ist eben­falls erfor­der­lich, weil sich der Nebel visu­ell kaum von den Hau­fen­ster­nen unter­schei­det. Schnel­les Wech­seln mit einem O‑III-Fil­ter hilft bei sei­ner Iden­ti­fi­zie­rung, weil der Fil­ter die Hel­lig­keit der Umge­bungs­ster­ne stark unterdrückt.

Beobachtung

Durch sei­ne Hel­lig­keit liegt Mes­sier 15 bereits an der Sicht­bar­keits­gren­ze für das blo­ße Auge vor­aus­ge­setzt, der Him­mel ist dafür dun­kel genug. Spä­tes­tens mit einem klei­nen Opern­glas oder einem 8x42 Feld­ste­cher soll­te rund 4,2° nord­west­lich von Epsi­lon Pega­si ent­fernt ein rund­li­cher Nebel­fleck sicht­bar sein. Die­ser befin­det sich inner­halb eines Drei­ecks aus Ster­nen der 7. bis 8 Grö­ße. Im 16x70 Fuji­non erscheint M 15 als hel­ler, run­der Nebel, mit einem deut­lich hel­le­rem Zen­trum. Selbst aus der Stadt her­aus und unter Mond­schein ist der Stern­hau­fen ein dank­ba­res Objekt. Mit 3 bis 4 Zoll Tele­s­ko­pöff­nung zei­gen sich die Rand­be­rei­che bereits kör­nig. Auf­fäl­lig ist hier auch der dich­te Zen­tral­be­reich, der zur Mit­te hin deut­lich an Hel­lig­keit zunimmt. Tele­sko­pe von 5 bis 6 Zoll Öff­nung und min­des­tens 100-fache Ver­grö­ße­rung zei­gen schon Dut­zen­de Mit­glieds­ster­ne der 12. Grö­ßen­klas­se, vor allem in den äuße­ren Regio­nen des Kugel­hau­fens. Um den dich­ten Zen­tral­be­reich her­um bleibt aber nach wie vor ein neb­li­ger Schim­mer von nicht auf­ge­lös­ten Ster­nen übrig. Ein 8 Zoll Tele­skop zeigt das kom­pak­te Zen­trum immer noch nicht auf­ge­löst. Immer­hin sind jetzt mehr als 100 Ein­zel­ster­ne sicht­bar, die sich aus dem Zen­trum her­aus, zu lan­gen Ket­ten, Stern­bö­gen, unter­bro­chen von dunk­len Bah­nen, anord­nen. Inter­es­sant ist eine dunk­ler Fleck neben einer los­ge­lös­ten Ket­te aus Ster­nen, am nord­öst­li­chen Rand des dich­ten Zen­tral­be­reichs. Ein enge­rer Bogen aus Ster­nen, öst­lich des Kerns, lässt den Zen­tral­be­reich ver­setzt und den Hau­fen leicht oval erschei­nen. Im All­ge­mei­nen bleibt der Umriss des Hau­fens aber eher unre­gel­mä­ßig. Selbst mit 10 bis 12 Zoll bleibt das inne­re Zen­trum des Hau­fens unauf­ge­löst. Aller­dings sind nun vie­le Ster­ne über die gesam­te Flä­che des Hau­fens erkenn­bar. Durch die gro­ße Anzahl an Ster­nen und der hohen Stern­dich­te nahe des Zen­trums, ergibt sich in unver­gess­li­cher nahe­zu drei­di­men­sio­na­ler Anblick.

Mes­sier 15 ist am bes­ten in den Herbst­mo­na­ten zu beob­ach­ten, wenn das Stern­bild Pega­sus hoch am Him­mel steht. Der Kugel­hau­fen ist rela­tiv leicht in Sucher­te­le­sko­pen auf­find­bar, indem wir die Stre­cke zwi­schen Baham (The­ta Peg, 3,5 mag) und Enif (Epsi­lon Peg, 3,5 mag), die den Kopf des geflü­gel­ten Pfer­des bil­den, um unge­fähr die Hälf­te nach Nord­wes­ten ver­län­gern. M 15 liegt 3 ½ Grad west­lich und 2 ¼ Grad nörd­lich von Enif und nur 20 Bogen­mi­nu­ten west­lich eines auf­fäl­li­gen Sterns der 6. Grö­ßen­klas­se. Ein wei­te­rer Stern, mit 7,5 mag Hel­lig­keit, steht 5 Bogen­mi­nu­ten nörd­lich des Haufens.

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Steckbrief für Messier 15