Superstarcluster in M 82

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1 Superstarcluster in M 82 Jens Bohle Die Galaxien M 81 / 82 bilden sicher eines der schönsten Paare am Firmament. Schon in kleinen Fernrohren sind diese beiden Objekte und deren unterschiedliche Gestalt gut zu erkennen. Mit größeren Teleskopen bietet M 82 schon einige interessante Details, darunter auch Superstarcluster. Diese in Amateurkreisen vermutlich weitgehend unbekannte Objektgruppe möchte ich hier kurz vorstellen und deren visuelle Beobachtung dokumentieren. The galaxies M 81/ 82 belong to the most beautiful galaxy pairs in the entire sky. Even in smaller scope these galaxies reveal their prominent appearance. Using a larger scope M 82 shows a large amount of details including a number of Super Star Clusters. These objects remain still unknown to many observers. This article gives a short overview regarding the nature of these objects and their visual detection in larger scope in the case of M 82. Die Natur der Superstarcluster Lange galt die Annahme, daß es sich bei Kugelsternhaufen um sehr alte Objekte handelt, deren Alter in etwa mit dem der Muttergalaxie gleichzusetzen ist. Die Tatsache, daß die Sternpopulation der Kugelsternhaufen auch weitgehend durch Rote Riesen Sterne geprägt ist, untermauert dies. Zwar finden wir in Kugelsternhaufen vereinzelt jüngere Sterne, die sogenannten blue stragglers ( blaue Nachzügler ), diese stellen aber eine absolute Ausnahme dar. Blue stragglers sind eine Gruppe ungewöhnlich junger Sterne in einem Kugelsternhaufen, welche vermutlich durch Sternkollision oder Verschmelzung eines Doppelsternsystems innerhalb des Haufens (hohe Sterndichte in einem Kugelsternhaufen) entstanden sind. Jedoch gibt es auch Kugelsternhaufen deren Population durch junge Sterne geprägt ist. Es sind die sogenannten Superstarcluster (nachfolgend SSC). Sie sind in den letzten Jahren immer mehr ins Blickfeld der Astronomen gerückt. Durch bodengebundene Beobachtungen konnte die Existenz einige dieser Objekte schon in den achtziger Jahren nachgewiesen werden, jedoch eröffnete erst das Hubble Space Telescope (HST) einen Blick auf die Vielfalt dieser relativ neuen Objektgruppe. Was sind nun SSC? In den letzten Jahren hat man diesen Objekten auch den Namen junge Kugelsternhaufen gegeben, was sie schon in groben Zügen beschreibt. Wie auch bei klassischen alten Kugelsternhaufen, handelt es sich bei den SSC um gewaltige Ansammlungen von Sternen. Allerdings finden wir, wie schon erwähnt, keine alten Sterne, sondern vielmehr junge, sehr heiße Sterne in SSC. Die Massen einzelner SSC sind in etwa mit denen der klassischen Kugelsternhaufen vergleichbar. Um jedoch die Aussage junge Kugelsternhaufen zu untermauern, muß man auch sicherstellen, daß die Objekte auch in fortgeschrittenen Stadium noch gravitativ gebunden sind und es sich nicht etwa um OB Stern- Assoziationen handelt welche in Zukunft zerfallen. Dies läßt sich bei SSC im fortgeschrittenen Stadium (Alter ~40 Millionen Jahre) schon gut beurteilen [3]. Die Tatsache, daß die Bildung der Kugelsternhaufen nicht nur in der Frühphase der Galaxienentwicklung datiert ist, zählt

2 zu den bedeutenden Erkenntnissen der Astrophysik welche ohne das HST kaum möglich gewesen wäre. Charakteristisch für SSC sind die enormen absoluten Leuchtkräfte / Helligkeiten dieser Objekte. Die hellsten Vertreter bringen es auf absolute Helligkeiten von bis zu -16 mag v (z.b. NGC 4038 S) [1]. Der mit Abstand hellste galaktische Kugelsternhaufen, Omega Centauri, liegt gut sechs Größenklassen darunter. Berechnungen zeigen allerdings, daß sich die Helligkeiten im Laufe der Sternentwicklung denen alter Kugelsternhaufen nähern werden [2]. Man hat solche Objekte in einer ganzen Reihe von Galaxien erkannt. Nicht wenige Galaxien darunter sind wechselwirkende Systeme (z.b. die Antennen Galaxie NGC 4038/39) und Starburstgalaxien. So auch im Fall von M 82, dem Prototyp einer Starburstgalaxie. Die Superstarcluster in M 82 Nach diversen Untersuchungen in den 80er und 90er Jahren hat man heute recht genaue Vorstellungen über die Geschehnisse in M 82. Die Wechselwirkung zwischen M 82 und M 81 und / oder den anderen Galaxien der M 81-Gruppe hat bis vor etwa 500 Millionen Jahren große Mengen von Gas in den zentralen Teil von M 82 strömen lassen. Dies löste nachfolgend eine hohe Sternentstehungsrate aus, deren maximale Phase etwa 50 Millionen Jahre andauerte [4]. Die Entstehung neuer Sterne hat sich dabei in einem zentralen, im Radius etwa 250pc messenden Bereich abgespielt. Dies zeigen unter anderem Untersuchungen im Infaroten und Radiobereich. Diese auffälligsten Bereiche sind auch im Optischen dominant. Diese fallen auch schon bei Beobachtungen im Amateurteleskop auf. Es sind die hellsten Knoten im inneren Bereich von M 82. In [5] sind erstmals einzelnen Designationen dieser Strukturen aufgeführt, später hat man weitere Buchstaben für andere Regionen vergeben Diese tragen die Bezeichnungen M 82 A,B,C, E, F, H und L. Der hellste dieser Knoten, M 82 A, ist etwa 13,8 mag V hell und fällt bei der visuellen Beobachtung als großes helles Gebiet östlich des Galaxienkerns auf. HST Aufnahmen Anfang der 90er Jahre ließen in M 82 A viele einzelne Sternhaufen erkennen. Die Nähe von M 82 machte dies möglich, denn in meisten anderen Galaxien können selbst mit dem HST keine einzelnen Sternhaufen erkannt werden. Die einzelnen Sternentstehungsgebiete in M 82 befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. So ist M 82 B mit einem Alter von ~ 200 Millionen Jahren relativ alt, der cluster F mit etwa 60 Millionen Jahren schon wesentlich jünger. Die aktivste und jüngste Region ist M 82 A, welche sehr junge, etwa 5 Millionen Jahre alte cluster enthält. Die starken Emissionslinien in M 82 A und interne starke Absorption deuten auf eine aktive Sternentstehung hin. Dies zeigt, daß die Geburt neuer Sterne in M 82 zu völlig unterschiedlichen Zeitpunkten und Orten stattgefunden hat. Diese Tatsache bietet somit die Möglichkeit, die Entwicklung dieser Objekte in derselben Galaxie zu verfolgen.

3 M 82 am , aufgenommen von Bernd Flach- Wilken am Hypergraphen mit APOGEE-AM 13 bei Feff= 3,2m und 3x 600 sec, ohne Filter. Die SSC A, C, F und H sind markiert Die visuellen Beobachtungsmöglichkeiten Um es vorweg zu sagen, wer sich diese Objektgruppe einmal im Teleskop anschauen möchte, sollte ein größeres Amateurteleskop zur Hand haben. Die visuelle Beobachtung einzelner SSC ist ungleich schwieriger und dürfte nur den großen Tüten (ab 16 Zoll aufwärts) vorbehalten sein - und dies auch nur bei gutem Seeing. Vergrößerungen ab 350fach sollten schon zum Einsatz kommen. Für den visuellen Beobachter dürften überhaupt nur wenige Galaxien Frage kommen, in denen auch mit größeren Öffnungen diese Objektgruppe beobachtbar ist. Beobachtungsmöglichkeiten wären beispielsweise die SSC der Antennen Galaxie NGC 4038/39, die SSC in NGC 1569, der zentrale cluster in NGC 4214 und eben die hellsten Objekte in M 82. Auch die Fotografie solcher Objekte scheint schwierig, da sie vor der Hintergrundhelligkeit der Galaxie schwer abzubilden sind. Mir sind bis dato keine gezielten Aufnahmen bekannt. Dies macht dem visuellen Beobachter ebenfalls Schwierigkeiten. Dies konnte ich erstmals bei meinen Beobachtungen der SSC A und B in NGC 1569 feststellen [6] + [7]. Die Helligkeiten dieser Objekte (14,8mag v für cluster A und 15,5mag v für cluster B) suggerieren eine

4 visuelle Sichtung bereits mit mittleren optischen Gerät, aber die Lage der cluster im hellsten Bereich der Galaxie relativiert die Sache sehr schnell da der Kontrast stark sinkt. Wie bei vielen Beobachtungen am Limit können solche Details nicht sofort beim ersten Blick durchs Okular erkannt werden. Hier bedarf es etwas Geduld. Nur bei gutem Seeing und optimaler Vergrößerung können Beobachtungsversuche von Erfolg gekrönt sein. Visuelle Beobachtung der M 82 Superstarcluster Beim Blick durchs Teleskop fällt im Zentralbereich der Galaxie das Objekt M 82 A sehr schnell auf. Dieses auffällige Gebiet, welches ein Konglomerat aus über 100 Sternhaufen darstellt, ist sicherlich schon in mittelgroßen Teleskopen zu erkennen und auch auf den Amateuraufnahmen findet man M 82 A wieder (siehe Aufnahme 1). Bei meinen bisherigen Beobachtungen mit 20 Zoll Öffnung konnte ich M 82 A sicher erkennen, jedoch blieb eine Auflösung in einzelne cluster aus. Die Helligkeiten der hellsten cluster in M 82 A bewegen sich in einem Bereich knapp über der 17ten Größenklasse [5] und sind am Limit eines 20 Zöllers - jedoch keine unlösbare Aufgabe. Hier werde ich weitere Versuche unternehmen. Beobachtungskollege Rich Jakiel aus den USA, mit dem ich zeitgleich diese Objekte beobachtet habe, konnte mit 24 Zoll Öffnung einzelne cluster in M 82 A erkennen. Der hellste einzelne SSC in M 82 ist M 82 F. Er zählt zu den leuchtkräftigsten Objekten dieser Klasse überhaupt und befindet sich im tief Inneren der Galaxie. Selbst die enorm leuchtkräftigen cluster NGC 1569 A (-14,1 mag absolut) und der cluster NGC (-14 mag absolut) sind deutlich lichtschwächer. Ca. 1,8 Millionen Sonnenmassen sorgen bei M 82 F für eine absolute Helligkeit von 15,8mag. Für den Beobachter am Teleskop bedeutet dies eine visuelle scheinbare Helligkeit von 16,5 mag v [8]. Da der cluster stark durch interne Adsorption geschwächt wird bleibt er trotz seiner enormen tatsächlichen Helligkeit eine relativ schwieriges Objekt. Eigene Beobachtungen während des ITV 2000 zeigten M 82 F mit 20 Zoll Öffnung bei Vergrößerungen von 324fach und 432fach als stellares Objekt in mehr als der Hälfte der Beobachtungszeit. Eine visuelle Beobachtungsmöglichkeit der SSC in M 82 B, einem Komplex östlich des Galaxienkerns (siehe Aufnahme 2) dürfte mit 20 Zoll Öffnung aussichtslos sein, da diese sich größtenteils in einem Bereich von etwa 19-21mag v bewegen [4]. Allerdings gibt es in M 82 B zwei cluster welche es auf 17,8mag v bringen, dies dürfte aber auch angesichts der beschrieben Schwierigkeiten knapp jenseits der Möglichkeit eines 50cm Teleskops liegen. Fazit Für Sternfreunde mit großem Teleskop und einer Vorliebe für bisher wenig frequentierte Objekte in der Amateurastronomie stellen die SSC m. E. eine große Herausforderung und reizvolles Ziel dar. Mit dem Bewußtsein, sich einer Objektgruppe zu widmen, die auch bei den professionellen Astronomen erst seit relativ kurzer Zeit von Interesse ist, ist die amateurastronomische Beobachtung dieser außergewöhnlichen Objekte für mich ein reizvolles Projekt. Über Rückfragen oder Austausch von Beobachtungsergebnissen stehe ich gern zur Verfügung.

5 Nachtrag: Wiederholte Beobachtungen dieser Region (ITV 2001) ließen auch in M 82 A einzelne cluster erkennen. [1] Whitmore B.C. et al AJ 1999 [2] Maoz,D ; Barth, A.J.; Ho, L.C. ; Sternberg, A. ; Filippenko, A. V. : An ultraviolett through Infared Look at Star formationand Superstarclusters in two Circumnuclear Star Burstrings (ApJ im Druck) [3] Schweizer, F. : Young Globular Clusters [4] Gallagher III, J.S. ; de Grijs, R.; O Connell, R.W. : The fossil starburst in M 82; AJ, 121, [5] O Connel, R. W. ; Mangano, J. J. : SSC in M 82; ApJ, 221, 62, 1978 [6] Bohle, J. : Magellan 1/ 2000 : NGC zwei Supersternhaufen [7] Bohle, J. ; VdS Journal Sommer 2000 : Extragalaktische Kugelsternhaufen [8] Smith, L. J. ; Gallagher III, J. S. : The properties of Young Clusters in M 82