Objekte des Monats: Der Kugelsternhaufen Messier 54

Der Kugel­stern­hau­fen Mes­sier 54 (NGC 6715), im süd­li­chen Stern­bild Schüt­ze (Sagit­ta­ri­us), wur­de am 24. Juli 1778 vom fran­zö­si­schen Astro­no­men Charles Mes­sier ent­deckt. Von sei­nem Stand­ort in Paris aus beschrieb er ihn wie folgt: „Ein sehr hel­ler Nebel, ent­deckt im Stern­bild Schüt­ze. Er ist im Zen­trum hell und ent­hält kei­ne Ster­ne. Er ist mit einem achro­ma­ti­schen Tele­skop mit 1,07 Metern Brenn­wei­te sicht­bar.“ Der deutsch-bri­ti­sche Astro­nom Fried­rich Wil­helm Her­schel konn­te am 24. Juni 1784 den Stern­hau­fen nur in den Rand­be­rei­chen in etwa ein Dut­zend Ein­zel­ster­ne der 14. und 15. Grö­ßen­klas­se auf­lö­sen. Sein Sohn John beob­ach­te­te den Stern­hau­fen zwi­schen 1834 und 1836 vier­mal von Süd­afri­ka aus. Er beschrieb ihn als „einen leuch­ten­den, ziem­lich gro­ßen Kugel­stern­hau­fen, der kaum läng­lich ist und zur Mit­te hin all­mäh­lich hel­ler wird“. Her­schel trug ihn unter der Bezeich­nung GC 4442 in sei­nen Kata­log ein. J. L. E. Drey­er nahm ihn im Jahr 1888 eben­falls in sei­nen „New Gene­ral Cata­lo­gue of Nebu­lae and Clus­ters of Stars“ auf.

Der am weitesten entfernte Kugelsternhaufen des Messier-Katalogs

Mes­sier 54 ist mit einer schein­ba­ren Hel­lig­keit von 7,9 mag und einem schein­ba­ren Durch­mes­ser von 9,1 Bogen­mi­nu­ten bereits mit einem licht­star­ken Fern­glas erkenn­bar. Der Kugel­stern­hau­fen der Kon­zen­tra­ti­ons­klas­se III ist ver­gleichs­wei­se stark in Rich­tung Zen­trum kon­zen­triert. Er befin­det sich 87.400 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt – mehr als drei Mal so weit weg wie die Ent­fer­nung zwi­schen Erde und dem galak­ti­schen Zen­trum. Er besitzt einen wah­ren Durch­mes­ser von gut 300 Licht­jah­ren. Sei­ne Ent­fer­nung zum Zen­trum der Milch­stra­ße beträgt 61.650 Licht­jah­re. Somit ist er der am wei­tes­ten ent­fern­te Kugel­stern­hau­fen in Mes­siers berühm­tem Nebel­ka­ta­log. Sein hel­ler Kern hat nur einen Durch­mes­ser von 2,1 Bogen­mi­nu­ten mit einem sehr dich­ten Zen­trum von etwa eine Bogen­mi­nu­te Aus­deh­nung. Dies macht ihn zu einem der dich­tes­ten bekann­ten Kugel­stern­hau­fen. Auf­grund sei­ner gro­ßen Ent­fer­nung errei­chen die hells­ten Ster­ne des Hau­fens aller­dings nur eine Hel­lig­keit von 15,5 mag, wäh­rend die Hel­lig­keit des Hori­zon­tal­as­tes 17,7 Grö­ßen­klas­sen beträgt. Somit ist der Kugel­hau­fen erst mit grö­ße­ren Instru­men­ten in sei­ne Ein­zel­ster­ne auflösbar.

Mes­sier 54 ent­hält min­des­tens 82 bekann­te Ver­än­der­li­che, von denen 55 der Klas­se der Hau­fen­ver­än­der­li­chen bzw. RR-Lyrae-Ster­ne zuge­rech­net wer­den. Neue­re Stu­di­en gehen sogar von 211 bekann­ten Ver­än­der­li­chen aus. Dar­un­ter befin­den sich auch zwei halb­re­gel­mä­ßi­ge rote Ver­än­der­li­che mit Peri­oden von 77 und 101 Tagen. Im Jahr 2009 wur­den Hin­wei­se auf ein Schwar­zes Loch mitt­le­rer Mas­se im Zen­trum von M 54 ent­deckt. Die­ses besitzt eine geschätz­te Mas­se von 9.400 Son­nen. Die Gesamt­mas­se von Mes­sier 54 wird mit 1,5 Mil­lio­nen Son­nen­mas­sen ange­ge­ben. Mit 850.000-fachen Son­nen­leucht­kraft, einer abso­lu­ten Hel­lig­keit von ‑10 mag und mehr als einer Mil­li­on Mit­glieds­ster­nen gehört M 54 zu den leucht­kräf­tigs­ten und mas­se­reichs­ten bekann­ten Kugel­stern­hau­fen. Nur der spek­ta­ku­lä­re Ome­ga Cen­tau­ri (NGC 5139) im süd­li­chen Stern­bild Ken­taur ist leucht­kräf­ti­ger. M 54 ent­hält meh­re­re Stern­po­pu­la­tio­nen: die Haupt­po­pu­la­ti­on, die etwa 13 Mil­li­ar­den Jah­re alt ist, sowie vier wei­te­re Popu­la­tio­nen, die sich vor 6 Mil­li­ar­den, 4 Mil­li­ar­den, 2,3 Mil­li­ar­den bzw. vor weni­gen hun­dert Mil­lio­nen Jah­ren gebil­det haben.

Ein Besucher aus einer anderen Galaxie

Anfangs ver­mu­te­te man noch, dass Mes­sier 54 zur Milch­stra­ße gehört. Aller­dings ist der Kugel­stern­hau­fen nicht zusam­men mit unse­rer Gala­xie vor vie­len Mil­li­ar­den Jah­ren ent­stan­den. Nach neue­ren For­schungs­er­geb­nis­sen aus dem Jahr 1994 ist M 54 mit der 10.000 Licht­jah­re gro­ßen Sagit­ta­ri­us-Zwerg­ga­la­xie (Sag­DEG = Sagit­ta­ri­us Dwarf Ellip­ti­cal Gala­xy) asso­zi­iert. Die­se umkreist unse­re Hei­mat­ga­la­xie in einem spi­ral­för­mi­gen, pola­ren Orbit, mit einem Abstand von 50.000 Licht­jah­ren um das Zen­trum der Milch­stra­ße. Sie ist Teil unse­rer loka­len Gala­xien­grup­pe. Die Gala­xie besitzt die Koor­di­na­ten RA 18h 55,1m und Dec –30° 29′ und deckt eine Flä­che von 3,2 x 8,2 Grad am Him­mel ab. Sie liegt uns sogar noch etwas näher als die Magel­lan­schen Wol­ken und befin­det sich direkt hin­ter den dich­tes­ten Tei­len der Milch­stra­ße. Nach der Canis-Major-Zwerg­ga­la­xie ist die­se ellip­ti­sche Zwerg­ga­la­xie der nächs­te direk­te Nach­bar unse­rer Gala­xis. Zum extra­ga­lak­ti­schen Ursprung von M 54 pas­sen auch die Ent­fer­nung und die recht hohe Radi­al­ge­schwin­dig­keit von 130 km/s des Kugelsternhaufens.

M 54 fällt mit einer der bei­den Haupt­kon­zen­tra­tio­nen der Sag­DEG-Gala­xie zusam­men und ent­fernt sich mit einer ähn­li­chen Geschwin­dig­keit von uns. Dies macht es sehr wahr­schein­lich, dass sich Mes­sier 54 inner­halb die­ser Gala­xie befin­det. Aus unse­rer Per­spek­ti­ve aus liegt M 54 genau im Zen­trum der Zwerg­ga­la­xie, wes­halb man zunächst des­sen Kern dar­in ver­mu­te­te. Eine Stu­die zeig­te jedoch, dass bei­de unter­schied­li­che Stern­po­pu­la­tio­nen besit­zen und somit unab­hän­gig von­ein­an­der ent­stan­den sein müs­sen. Man ver­mu­tet, dass M 54 auf­grund der dyna­mi­schen Rei­bung und der damit ein­her­ge­hen­den Ver­än­de­rung sei­ner Umlauf­bahn in das Zen­trum der Sagit­ta­ri­us-Zwerg­ga­la­xie gestürzt ist. In etwa 400 Mil­lio­nen Jah­ren wird die Umlauf­bahn sei­ner Wirts­ga­la­xie Mes­sier 54 auf eine Ent­fer­nung von fast 150.000 Licht­jah­ren bringen.

Auch wenn M 54 heu­te als nicht zur Milch­stra­ße gehö­rig ein­ge­stuft wird, wird es in Zukunft Teil unse­rer Gala­xis wer­den. Die star­ke Anzie­hungs­kraft unse­rer Milch­stra­ße ver­schlingt der­zeit die Sagit­ta­ri­us-Zwerg­ga­la­xie. Sie wird schließ­lich mit der Milch­stra­ße ver­schmel­zen und eine grö­ße­re Gala­xie bil­den. Somit ist M 54 dank der Ent­de­ckung durch Charles Mes­sier der ers­te jemals ent­deck­te extra­ga­lak­ti­sche Kugel­stern­hau­fen. Mes­sier war die­se Tat­sa­che natür­lich völ­lig unbe­kannt. Abge­se­hen von M 54 gehö­ren die Kugel­stern­hau­fen Arp 2, Ter­zan 7 und 8 sowie Palo­mar 12 alle zu Sag­DEG. Letz­te­rer könn­te bereits an die Milch­stra­ße ver­lo­ren gegan­gen sein. Der ein­zi­ge ande­re extra­ga­lak­ti­sche Kugel­stern­hau­fen im Mes­sier-Kata­log ist Mes­sier 79 im Stern­bild Hase. Er ist ein Teil der win­zi­gen Canis-Major-Zwerggalaxie.

Beobachtung

Mes­sier 54 ist auf­grund sei­ner süd­li­chen Posi­ti­on nicht ganz leicht zu beob­ach­ten. Auf­grund sei­ner gerin­gen Hori­zont­hö­he wird sein Anblick häu­fig von Dunst und hori­zon­ta­ler Licht­ver­schmut­zung getrübt. In Nami­bia zieht der Kugel­hau­fen dage­gen direkt durch den Zenit. Unter einem dunk­len Land­him­mel erscheint er in einem han­dels­üb­li­chen 10x50-Feld­ste­cher rela­tiv klein und nicht sehr hell, sodass er oft über­se­hen oder mit einem nor­ma­len Feld­stern ver­wech­selt wird. Mit einem 16×70 Fuji­non-Feld­ste­cher erscheint er nur als run­der Nebel­fleck mit hel­le­rem Zen­trum, ähn­lich einem unscharf gestell­ten Stern. In einem 3 bis 4‑Zoll Refrak­tor ist selbst bei einer Ver­grö­ße­rung von 80-fach nur ein run­der, blas­ser Nebel­fleck mit hel­lem Zen­trum erkenn­bar, der zu den Rän­dern hin all­mäh­lich ver­blasst. Unter guten Bedin­gun­gen ist eine gefleck­te Struk­tur mit eini­gen stern­för­mi­gen Kno­ten nach­weis­bar. Mit einer Öff­nung von 5 bis 6‑Zoll erschei­nen bei 120-facher Ver­grö­ße­rung die Rän­der schon leicht kör­nig. Das Zen­trum erscheint sehr kom­pakt und sternförmig.

Selbst unter sehr guten Bedin­gun­gen sind auch mit einer Öff­nung von 8 bis 10-Zoll und einer sehr hohen Ver­grö­ße­rung von 200-fach kaum Ein­zel­ster­ne am Rand des Kugel­stern­hau­fens erkenn­bar. Meis­tens han­delt es sich hier­bei um schwa­che Vor­der­grund­ster­ne. Am öst­li­chen und süd­öst­li­chen Rand des Hau­fens sind zwei die­ser Ster­ne sicht­bar. Im All­ge­mei­nen erscheint Mes­sier 54 nun fle­ckig und sein Zen­trum etwas grö­ßer. Sein Kern ist unge­wöhn­lich hell. Auf den ers­ten Blick ähnelt M 54 einem pla­ne­ta­ri­schen Nebel, mit einem blass­blau­en Außen­be­reich und einem blass­gel­ben Kern. Das Zen­trum ist von einem schwa­chen, kreis­run­den Nebel umge­ben. Die Rän­der erschei­nen wei­ter­hin gra­nu­liert. Eine ech­te, wenn auch noch unvoll­stän­di­ge Auf­lö­sung gelingt erst mit einer Öff­nung ab 14-Zoll auf­wärts und sehr hoher Ver­grö­ße­rung. Das Zen­trum bleibt auch hier unaufgelöst.

Der Kugel­stern­hau­fen ist am bes­ten in den Spät­som­mer­mo­na­ten zu beob­ach­ten, wenn das Stern­bild Schüt­ze tief im Süden kul­mi­niert. Mit einer Dekli­na­ti­on von ‑30 Grad erreicht das Objekt von Deutsch­land aus jedoch nur eine Höhe von 10° über dem Süd­ho­ri­zont. Dage­gen ist der Kugel­stern­hau­fen rela­tiv leicht auf­zu­fin­den. Er befin­det sich 1 ¾ Grad west­süd­west­lich von Ascel­la (Zeta Sgr, 2,6 mag), dem süd­lichs­ten Stern des Tee­kan­nen-Aste­ris­mus und dritt­hells­ten Stern im Schüt­zen, sowie etwas ober­halb der Ver­bin­dungs­li­nie mit Kaus Aus­tra­lis (Epsi­lon Sgr, 1,8 mag). Wenn wir den süd­öst­li­chen Stern der Tee­kan­ne in die Mit­te des Sucher­fern­rohrs stel­len, soll­te M 54 bereits als rund­li­cher Nebel­fleck in der Nähe des Sterns erkenn­bar sein.

Steckbrief für Messier 54