Objekte des Monats: Der Kugelsternhaufen Messier 22

Der Kugel­stern­hau­fen Mes­sier 22 (NGC 6656), im süd­li­chen Stern­bild Schüt­ze (Sagit­ta­ri­us), wur­de am 26. August 1665 von dem deut­schen Ama­teur­as­tro­no­men Johann Abra­ham Ihle in Leip­zig als ers­ter Kugel­stern­hau­fen über­haupt in der Astro­no­mie­ge­schich­te ent­deckt. M 22 zählt somit zu den frü­hes­ten bekann­ten Kugel­stern­hau­fen. Ihle ent­deck­te ihn, als er den Pla­ne­ten Saturn mit einem 2‑Zoll gro­ßen Fern­rohr beob­ach­te­te. Da der Kugel­stern­hau­fen sehr nahe an der Eklip­tik liegt, kom­men ihm die Pla­ne­ten unse­res Son­nen­sys­tems oft sehr nahe. Der Ama­teur­as­tro­nom nahm den Stern­hau­fen aller­dings nur als run­des Nebel­fleck­chen wahr. Mög­li­cher­wei­se wur­de er aber schon vor dem Jahr 1665 von Heve­li­us bemerkt und von wei­te­ren Astro­no­men wie Jean-Phil­ip­pe de Ché­seaux, Guil­laume Le Gen­til, Nico­las Lou­is de Lacail­le und John Bevis kata­lo­gi­siert. Der Kugel­stern­hau­fen befand sich auch auf Sir Edmund Hal­leys Lis­te von sechs Objek­ten, die er im Jahr 1715 ver­öf­fent­lich­te. Le Gen­til beob­ach­te­te ihn im Jahr 1747 mit sei­nem 18-Fuß Tele­skop. Er beschrieb ihn als „sehr unre­gel­mä­ßig, lang­haa­rig und eine Art Licht­strah­len in alle Rich­tun­gen ver­streu­end“. Im Jahr 1752 ver­glich Lacail­le Mes­sier 22 mit dem Kern eines Kometen.

Der fran­zö­si­sche Astro­nom Charles Mes­sier beob­ach­te­te den Kugel­stern­hau­fen in der Nacht vom 5. auf den 6. Juni 1764. Er nahm ihn, 99 Jah­re nach sei­ner offi­zi­el­len Ent­de­ckung, in sei­nen berühm­ten Kata­log kome­ten­ähn­li­cher Objek­te auf. Es gelang ihm jedoch nicht ihn in ein­zel­ne Ster­ne auf­zu­lö­sen. Mes­sier beschrieb ihn fol­gen­der­ma­ßen: „Nebel, unter­halb der Eklip­tik, zwi­schen Kopf und Bug des Schüt­zen, in der Nähe eines Sterns der 7. Magni­tu­de, 25 Sagit­ta­rii, nach Flams­teed; die­ser Nebel ist rund, ent­hält kei­nen Stern, und man kann ihn mit einem gewöhn­li­chen Tele­skop sehr gut sehen“. Erst dem deutsch-bri­ti­schen Astro­no­men Fried­rich Wil­helm Her­schel gelang es am 4. Juli 1783 den Kugel­stern­hau­fen in eini­ge hun­dert Ein­zel­ster­ne auf­zu­lö­sen. Er bezeich­ne­te ihn als dich­ten Hau­fen schwa­cher Ster­ne. Sein Sohn John beschrieb M 22 als „einen bemer­kens­wer­ten Kugel­stern­hau­fen, sehr hell, sehr reich­hal­tig und sehr dicht, mit Ster­nen der Grö­ßen­klas­se 11 bis 15”. Eine Foto­gra­fie von M 22 wur­de von dem Ame­ri­ka­ner Heber Doust Cur­tis auf­ge­nom­men und 1918 in dem Buch „Descrip­ti­ons of 762 Nebu­lae and Clus­ters Pho­to­gra­phed with the Cross­ley Reflec­tor” ver­öf­fent­licht. Der ame­ri­ka­ni­sche Astro­nom Har­low Shap­ley beschrieb den Hau­fen im Jahr 1930 eben­falls und gab an, dass er etwa 70.000 Ster­ne ent­hal­te und sein Kern dicht sei.

Der hellste Kugelsternhaufen des Messier Katalogs

Mes­sier 22 ist einer von etwa 150 Kugel­stern­hau­fen in unse­rer Milch­stra­ße und der hells­te Kugel­stern­hau­fen in Charles Mes­siers berühm­tem Kata­log. Er steigt von Mit­tel­eu­ro­pa aus gese­hen aller­dings nie sehr hoch über dem Hori­zont und befin­det sich weni­ger als ein Grad von der Eklip­tik ent­fernt. Auf­grund sei­ner tie­fen Stel­lung wird der 12,67 Mil­li­ar­den Jah­re alte Kugel­stern­hau­fen bei der Beob­ach­tung der vie­len offe­nen Stern­hau­fen und Nebel im Stern­bild Schüt­ze oft über­se­hen. Mit einer schein­ba­ren Hel­lig­keit von 5,1 mag und einem schein­ba­ren Durch­mes­ser von 32 Bogen­mi­nu­ten, was der schein­ba­ren Grö­ße des Voll­mon­des ent­spricht, ist der leicht ellip­tisch erschei­nen­de Kugel­stern­hau­fen, in sei­ner Hel­lig­keit und Grö­ße her, mit dem Her­ku­le­shau­fen (Mes­sier 13) bzw. mit Mes­sier 5 in der Schlan­ge ver­gleich­bar. Ent­lang sei­ner lan­gen Ach­se befin­den sich etwa 30% mehr Ster­ne als ent­lang sei­ner kur­zen Ach­se. Die Ster­ne im Hau­fen ste­hen so eng bei­ein­an­der, dass die zen­tra­le Regi­on fast 500-mal dich­ter besetzt ist als die Umge­bung unse­rer Son­ne. Er ist sogar der hells­te Kugel­stern­hau­fen, den wir von mitt­le­ren Brei­ten aus sehen kön­nen, und einer der leich­tes­ten, den wir in ein­zel­ne Ster­ne auf­lö­sen kön­nen. Die hells­ten Ster­ne im Stern­hau­fen errei­chen die Grö­ßen­klas­se 10,7, wodurch Mes­sier 22 der Kugel­stern­hau­fen mit den hells­ten Mit­glieds­ster­nen ist. Lei­der steht M 22 in der Nähe des Zen­trums unse­rer Milch­stra­ße, das von Deutsch­land aus nie sehr hoch über dem Hori­zont steht. Nur die Süd­him­mel­ob­jek­te Ome­ga Cen­tau­ri (NGC 5139, 5,3 mag) im Stern­bild Ken­taur und 47 Tuca­nae (NGC 104, 4,1 mag) im Stern­bild Tukan sind hel­ler als M 22, aller­dings sind sie von Mit­tel­eu­ro­pa aus nicht zu sehen.

Das impo­san­te Erschei­nungs­bild des Kugel­hau­fens ist jedoch nur auf sei­ne Nähe zu uns zurück­zu­füh­ren. Mit sei­ner Mas­se ist Mes­sier 22 näm­lich ein eher durch­schnitt­li­cher Kugel­stern­hau­fen. Er befin­det sich 10.600 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt, direkt vor der galak­ti­schen Bul­ge unse­rer Hei­mat­ga­la­xie. Ver­gli­chen mit ande­ren Kugel­stern­hau­fen der Milch­stra­ße befin­det sich M 22 dem­zu­fol­ge in rela­ti­ver Nähe. Nur Mes­sier 4 im Stern­bild Skor­pi­on liegt uns noch deut­lich näher. M 22 umläuft das Zen­trum unse­rer Milch­stra­ße auf sei­ner Bahn in rund 200 Mil­lio­nen Jah­ren. Er ent­fernt sich dabei nie­mals wei­ter als ca. 30.000 Licht­jah­re vom galak­ti­schen Zen­trum. Momen­tan steht er rund 16.000 Licht­jah­re vor dem Zen­trum und 9° süd­lich der galak­ti­schen Ebe­ne. In 100 Mil­lio­nen Jah­ren wird er sich so weit von der Erde ent­fernt haben, dass er eher wie ein unschein­ba­rer Kugel­hau­fen erschei­nen wird.

Mit einem Durch­mes­ser von 97 Licht­jah­ren und einer Mas­se von über einer hal­ben Mil­li­ar­de Son­nen ist M 22, in Bezug auf Aus­deh­nung und Mas­se, eben­falls mit M 13 ver­gleich­bar. Der Stern­hau­fen weist zwei unter­schied­li­che Stern­po­pu­la­tio­nen mit ver­schie­de­nen Antei­len an schwe­ren Ele­men­ten auf. Der Ursprung die­ser Popu­la­tio­nen ist unge­wiss. Es könn­te sich dabei ent­we­der um zwei Stern­ge­nera­tio­nen han­deln, wie es in den meis­ten Kugel­stern­hau­fen der Fall ist, oder der Stern­hau­fen könn­te, was unge­wöhn­li­cher wäre, einen extra­ga­lak­ti­schen Ursprung haben. Mes­sier 22 ent­hält 78 ver­än­der­li­che Ster­ne. Mit 32 ist die Anzahl der Hau­fen­ver­än­der­li­chen vom RR-Lyrae-Typ ähn­lich gering wie bei sei­nem berühm­te­ren Pen­dant am Nord­him­mel. In M 22 wur­den auch eini­ge Mira-Ster­ne gefun­den, die aller­dings alle im Vor­der­grund ste­hen und kei­ne ech­ten Mit­glie­der sind. Lei­der trübt der inter­stel­la­re Staub in der Ebe­ne unse­rer Milch­stra­ße das Licht des Kugel­stern­hau­fens um 1,8 Grö­ßen­klas­sen. Wür­de M 22 an der glei­chen Stel­le wie M 13 ste­hen, wür­de er ihn in Grö­ße und Hel­lig­keit weit über­tref­fen. M 22 ent­fernt sich mit einer Geschwin­dig­keit von 144 km/s von uns.

Ein planetarischer Nebel, einsame Planeten und Schwarze Löcher

Mes­sier 22 ist einer von nur vier kugel­för­mi­gen Stern­hau­fen, die einen pla­ne­ta­ri­schen Nebel ent­hal­ten. GJJC‑1 (PK 9−7.1) ist das opti­sche Gegen­stück der Infra­rot­quel­le IRAS 18333–2357. Sie wur­de im Jahr 1986 durch den Infra­rotsa­tel­li­ten IRAS erst­mals ent­deckt. Sie befin­det sich etwa eine Bogen­mi­nu­te süd­lich des Hau­fen­zen­trums an der Posi­ti­on RA 08h 36m 22,82s, Decli­na­ti­on ‑23° 55′ 18,3″. Die­ser nur 3 Bogen­se­kun­den gro­ße Über­rest eines son­nen­ähn­li­chen Sterns ist nicht älter als 6.000 Jah­re. Der Nebel ent­hält in sei­nem Zen­trum einen Wei­ßen Zwerg mit einer schein­ba­ren Hel­lig­keit von 14,3 mag. Sei­ne Grö­ße wird mit 10 x 7 Bogen­se­kun­den ange­ge­ben. Im Mes­sier-Kata­log exis­tiert ein wei­te­rer Kugel­stern­hau­fen, von dem bekannt ist, dass er einen pla­ne­ta­ri­schen Nebel mit der Bezeich­nung Pease 1 ent­hält. Es han­delt sich um Mes­sier 15 im Stern­bild Pega­sus. Wei­te­re Kugel­stern­hau­fen mit pla­ne­ta­ri­schen Nebeln sind NGC 6441 und Palo­mar 6.

Auf­grund sei­ner Lage vor dem dich­tes­ten Teil unse­rer Gala­xis ist M 22 ein regel­mä­ßi­ger Kan­di­dat für Micro­len­sing-Ereig­nis­se. Das Hub­ble-Welt­raum­te­le­skop nahm ein 3,3 Licht­jah­re gro­ßes Feld auf. Es zeig­te rund 83.000 Ster­ne! Im Jahr 1999 wur­den durch Hub­ble Mikro­lins­er­eig­nis­se regis­triert. Sie wer­den durch Objek­te mit der Mas­se von acht­zig Erd­mas­sen inner­halb des Kugel­stern­hau­fens ver­ur­sacht. Unge­fähr sechs die­ser pla­ne­ten­gro­ßen Objek­te sind bekannt, die kei­nen Stern umkrei­sen. Ein Mikro­len­sing-Effekt ent­steht, wenn das Licht eines Hin­ter­grund­sterns kurz­zei­tig durch das Schwe­re­feld eines im Vor­der­grund vor­bei­zie­hen­den Kör­pers fokus­siert wird. Der Stern erscheint dadurch hel­ler. Im Jahr 2001 wur­de ein Licht­blitz beob­ach­tet, der ent­we­der auf eine Zwerg­no­va oder den Mikro­lin­sen­ef­fekt eines vor­bei­zie­hen­den Sterns zurück­zu­füh­ren war.

Im Jahr 2012 wur­den mit Hil­fe des Very Lar­ge Array in New Mexi­co (USA) uner­war­tet zwei stel­la­re Schwar­ze Löcher in M 22 gefun­den. Sie wur­den im Jahr 2012 schließ­lich vom Chandra-Welt­raum­te­le­skop bestä­tigt. Sie wei­sen eine Mas­se zwi­schen dem 10 und dem 20-fachen der Mas­se unse­rer Son­ne auf. Es wird geschätzt, dass in dem Kugel­hau­fen 5 bis 100 die­ser stel­la­ren Schwar­zen Löcher exis­tie­ren. Sie kön­nen auch den unge­wöhn­lich gro­ßen Kern des Kugel­hau­fens durch ihre gegen­sei­ti­gen Wech­sel­wir­kun­gen mit Hau­fen­ster­nen erklä­ren. Zuvor wur­de ihre Exis­tenz durch die Him­mels­me­cha­nik als nahe­zu aus­ge­schlos­sen betrach­tet. Die bei­den Schwar­zen Löcher M22-VLA1 und M22-VLA2 sind Teil von Dop­pel­stern­sys­te­men. Jedes hat einen Begleit­stern, von dem es Mate­rie anzieht. Das abge­saug­te Mate­ri­al bil­det eine Akkre­ti­ons­schei­be um jedes Schwar­ze Loch, des­sen Emis­sio­nen nach­ge­wie­sen wer­den konn­te. In jün­ge­rer Zeit wur­de über die Exis­tenz eines zen­tra­len Schwar­zen Lochs grö­ße­rer Mas­se in M 22 spe­ku­liert. Das ist jedoch wei­ter­hin Gegen­stand aktu­el­ler For­schung. Im Jahr 2019 wur­den die Über­res­te einer Nova in Mes­sier 22 beob­ach­tet, die bereits 48 v. Chr. in Chi­na beob­ach­tet wor­den war. Dies ist eine der ältes­ten bestä­tig­ten Auf­zeich­nun­gen einer Beob­ach­tung eines Ereig­nis­ses außer­halb des Son­nen­sys­tems. Das MUSE-Instru­ment des Very Lar­ge Telescope sah einen röt­li­chen Nebel an der Stel­le der Nova mit einer Aus­deh­nung von 8.000 AE.

Beobachtung

Mes­sier 22 ist unter einem dunk­len Land­him­mel bereits mit blo­ßem Auge als stern­ar­ti­ger Licht­punkt erkenn­bar. Er erscheint uns genau­so präch­tig wie Mes­sier 13, vor allem, wenn man den Kugel­stern­hau­fen von süd­li­che­ren Brei­ten aus betrach­tet. Von Nami­bia aus gese­hen zieht M 22 sogar durch den Zenit. Von Mit­tel­eu­ro­pa aus erscheint der am ein­fachs­ten auf­zu­lö­sen­de Kugel­stern­hau­fen auf­grund sei­ner süd­li­chen Posi­ti­on mit ‑24° Dekli­na­ti­on bei wei­tem nicht so ein­drucks­voll. Die Trü­bung der dich­te­ren Schich­ten der Erd­at­mo­sphä­re sowie die Licht­ver­schmut­zung in Hori­zont­nä­he schwä­chen das Licht des Kugel­stern­hau­fens deut­lich ab. In einem han­dels­üb­li­chen 7×50 Feld­ste­cher erscheint der Stern­hau­fen nr als gleich­mä­ßi­ger, hel­ler Nebel­fleck. Mit einem 10×70 Fuji­non-Fern­glas ist M 22 noch ein klein wenig hel­ler mit einem hel­le­ren Zen­tral­be­reich. Er ähnelt hier­bei einem run­den Kome­ten. In einem 3‑Zoll Refrak­tor sind bei mitt­le­rer Ver­grö­ße­rung die Rän­der des Hau­fens bereits gra­nu­liert. Man erkennt eine mäßi­ge Hel­lig­keits­zu­nah­me zur Mit­te hin. Bei höhe­rer Ver­grö­ße­rung mit einem 4‑Zöller ist der Rand in meh­re­re Dut­zend ein­zel­ne Ster­ne auf­ge­löst. Die­ser ist von einem ova­len Schim­mer nicht auf­ge­lös­ter Ster­ne umge­ben. Im Zen­trum sind sub­ti­le Hel­lig­keits­va­ria­tio­nen nachweisbar.

Mit einem 6 bis 8‑Zoll Reflek­tor ist der Stern­hau­fen nahe­zu voll­stän­dig in Hun­der­te Ein­zel­ster­ne unter­schied­li­cher Hel­lig­keit auf­ge­löst. Sie kon­zen­trie­ren sich vor allem im süd­li­chen Bereich des Hau­fens. In NO-SW-Aus­rich­tung erscheint er deut­lich ellip­tisch mit zahl­rei­chen nach außen ver­lau­fen­den Ster­nen­ket­ten. Eben­so auf­ge­löst ist sein Zen­trum, das nur eine mäßi­ge Kon­zen­tra­ti­on auf­weist. Im Zen­tral­be­reich ist eine Dun­kel­struk­tur erkenn­bar, die das Zen­trum in zwei unglei­che Hälf­ten teilt. Wei­te­re Hel­lig­keits­va­ria­tio­nen im Zen­trum, wie dunk­le Buch­ten und Fle­cken, sind eben­falls erkenn­bar. Mit Tele­sko­pen von 10 bis 12-Zoll Öff­nung sieht Mes­sier 22 regel­recht spek­ta­ku­lär aus. Bei hoher Ver­grö­ße­rung um etwa 120-fach ver­tei­len sich Tau­sen­de Ster­ne über das gesam­te Gesichts­feld. Sie arran­gie­ren sich in lan­gen Ket­ten um das Hau­fen­zen­trum und erschei­nen in den Außen­be­rei­chen ziem­lich ver­streut. Die ellip­ti­sche Form des Hau­fens ist nun am deut­lichs­ten zu erken­nen. Er hin­ter­lässt einen nach­hal­ti­ge­ren Ein­druck als Mes­sier 13 – vor allem, wenn man von süd­li­che­ren Brei­ten aus beob­ach­tet. Erfah­re­ne Beob­ach­ter kön­nen ver­su­chen, den pla­ne­ta­ri­schen Nebel in sei­nem Inne­ren zu ent­de­cken. Die­ser lässt sich mit einem 300 mm Tele­skop bei einer Ver­grö­ße­rung von 600-fach und mit­hil­fe eines UHC-Fil­ters auf­fin­den. Er bil­det eine sehr klei­ne, kom­pak­te Grup­pe mit zwei Ster­nen der 15. Grö­ßen­klas­se. Nur ein Grad west­nord­west­lich von Mes­sier 22 befin­det sich ein wei­te­rer Kugel­stern­hau­fen. NGC 6642 ist mit einer Hel­lig­keit von 8,9 mag deut­lich licht­schwä­cher und kleiner.

Die bes­te Jah­res­zeit, um Mes­sier 22 zu beob­ach­ten, sind die Som­mer­mo­na­te, in denen das Zen­trum der Milch­stra­ße im Süden kul­mi­niert. Der Kugel­stern­hau­fen befin­det sich in der süd­li­chen Milch­stra­ße nahe des galak­ti­schen Zen­trums und nord­öst­lich des Sterns Kaus Borea­lis (Lamb­da Sgr, 2,8 mag). Die­ser Stern mar­kiert die Spit­ze des Tee­kan­nen-Aste­ris­mus des Schüt­zen. Um M 22 auf­zu­fin­den, zieht man ein­fach eine ima­gi­nä­re Linie von Kaus Borea­lis zum west­lichs­ten der drei Ster­ne „hin­ter” der Tee­kan­ne, Xi Sagit­ta­rii (3,5 mag). Wenn man von Kaus Borea­lis aus knapp 2 ½ Grad in Rich­tung Xi Sgr navi­giert, soll­te der Kugel­stern­hau­fen in der Mit­te des Gesichts­felds eines nied­rig ver­grö­ßern­den Tele­skops auf­tau­chen. Der Stern­hau­fen ist eben­falls bereits in einem Sucher­te­le­skop zu sehen. Er befin­det sich in der Nähe eines klei­nen Drei­ecks aus schwa­chen Ster­nen, wenn der Stern Lamb­da in die Mit­te des Gesichts­felds plat­ziert wird.

Steckbrief für Messier 22