Kugelsternhaufen

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LightsInTheSky

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Hallo zusammen

immer wenn ich, wie aktuell hier im Forum zu sehen, Bilder von Kugelsternhaufen betrachte, wo sich ja wirklich tausende Sterne auf einen relativ kleinen Raum befinden, frage ich mich, wie viel dieser Abstand zwischen den Sternen, vorallem im Zentrum, wohl ungefähr beträgt.
Wurde das irgendwo schonmal herausgefunden?

Und wenn unser Sonnensystem sich nun in diesem Haufen befinden würde... hätten wir dann heller Tage und gar keine Nächte mehr? Oder ist der Abstand zwischen den Sternen doch so groß, dass am "Nachthimmel" einfach nur mehr Sterne zu sehen wären?

Und letzte Frage: Kann so ein Haufen nicht mit der Zeit ganz langsam "zusammenfallen" ? Ich stell mir das irgendwie so vor, dass doch von den vielen Sterne im Zentrum auch eine große Anziehungskraft aus geht, die die anderen Sterne mit anzieht?

Wäre echt super wenn mir dazu jemand was sagen könnte :)

(P.S.: Mit der Such Funktion hab ich nichts finden können ;) )
 
Wikipedia? >>Stichwort: "Kugelsternhaufen" <<

Viel Spaß beim Lesen! ;)
 
Joa da hätte ich wohl auch drauf kommen können :blush:
Und der erste Satz beantwortet gleich eine Frage... :super:

Troztdem danke^^

CS

Markus
 
Moin Markus!

OMG - sei doch nicht so umständlich: Wenn die deutsche Wikipedia nichts dazu hergibt, nimmste halt die englische... ;)

Zitat von dort:
"Globular clusters can contain a high density of stars; on average about 0.4 stars per cubic parsec, increasing to 100 or 1000 stars per cubic parsec in the core of the cluster."

1000 Sterne/parsec^3 bedeutet etwa einen mittleren Sternabstand von 0,3 Lichtjahren.
(Wenn ich mich nicht vertan hab'. :cool: )

Hier übrigens noch die Werte für die hiesige Sonnenumgebung, ebenfalls en.Wikipedia, Stichwort "Milky Way":

"There are about 208 stars brighter than absolute magnitude 8.5 within 15 parsecs of the Sun, giving a density of 0.0147 such stars per cubic parsec, or 0.000424 per cubic light-year (from List of nearest bright stars). On the other hand, there are 64 known stars (of any magnitude, not counting 4 brown dwarfs) within 5 parsecs of the Sun, giving a density of 0.122 stars per cubic parsec, or 0.00352 per cubic light-year (from List of nearest stars), illustrating the fact that most stars are less bright than absolute magnitude 8.5."
 
Hi Mischa,

schön zusammengstellt. Ich komme übrigends auf ~0,32 Lichtjahre Abstand. Also doch recht weit entfernt. Wenn man bedenkt das in unserem Sonnensystem Alpha Centauri auch 4 LJ entfernt ist könnte man etwa sagen das in Kugelsternhaufen die Stern um einen Faktor 10 näher beisammen stehen.

Gruß
Lots
 
Hi Lots -
0,32 LJ ist ganz schön nahe - für einen Stern! Alpha Centauri würde in der Entfernung etwa 180 mal heller erscheinen, in etwa eine Magnitude von -6, d.h. heller als Venus erstrahlen.

Wenn man sich der Einfachheit halber die Sterne grob auf einem Würfelgitter mit "Maschenweite" 0,32 LJ angeordnet vorstellt, dann hätte man selbst in der 10. Reihe noch Sterne von der Helligkeit Alpha Centauris. Man dürfte am Nachthimmel also sicherlich einige hundert hellste Sterne, zum Teil stark geclustert sehen können, neben vielen Tausend immer noch recht hellen Sternen (die 100. Reihe wären Sterne von +5 Magituden).

Wäre ein interessantes kleines Projekt, das mal zu visualisieren. Evtl. hat Stellarium da etwas.

Thomas

 
Moin zusammen!

Ja, das ist sicher interessant, sich den Anblick vorzustellen. In KS sind aber viele helle Riesensterne unterwegs, also wäre der hypothetische "Nachthimmel" noch weitaus eindrucksvoller. - Und vielleicht sogar kuschelig warm, denn wenn so viele Sterne auf einem Fleck stehen, würde die Strahlung auf einem fiktiven Planeten im Zentrum sicher extrem groß sein.
 
Oder ist der Abstand zwischen den Sternen doch so groß, dass am "Nachthimmel" einfach nur mehr Sterne zu sehen wären?
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Ich schätze, dass man einen sehr reichhaltigen Sternenhimmmel, aber keine dauerhafte "Tagesbeleuchtung" hätte.

Für Leben in höherer Form dürften übrigens Kugelsternhaufen wohl ausfallen, etwa, weil sich statistisch häufig SN-Explosionen in der Nähe potenzieller Planeten mit entwickelten Lebensformen ereignen würden.

 
Hi Markus.

Dieser kurze Artikel hier könnte Dich interessieren ----> astronomie-heute.de

"Die hohe Auflösung der Kamera enthüllt zehntausende Sterne, die sich in einem Bereich von nur 18 Lichtjahren Breite drängen. Befände man sich auf einem hypothetischen Planeten um einen dieser Sterne, so würde es nachts nicht richtig dunkel, da hunderte von Sternen heller als die Venus vom Himmel strahlen würden."
 
Zuletzt von einem Moderator bearbeitet:
In den jungen Jahren vielleicht, aber planetarische Nebel, die Überbleibsel von Supernovae, sind in Kugelsternhaufen sehr selten. Also kann man davon ausgehen, daß das Leben dort schon seit langem in ruhigen Bahnen verläuft.
 
Stimmt, erst denken, dann schreiben.

Trotzdem geht in Kugelsternhaufen nicht alle Nas' lang eine Supernovae hoch. Da alle Sterne eines Haufens etwa gleich alt sind, sind Sterne, die zur Supernova werden können, es schon geworden. Danach tritt Ruhe ein. Wesentlich störender sind die gravitativen Störungen möglicher Planetenbahnen durch Begegnungen mit andern Sternen. Ein Jahrmilliarden dauerndes ruhiges umkreisen eines ruhigen Sterns ist sehr unwahrscheinlich.
 
Ein Jahrmilliarden dauerndes ruhiges umkreisen eines ruhigen Sterns ist sehr unwahrscheinlich.
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Ganz so unwahrscheinlich, wie Du meinst, aber dann doch nicht:

"The characteristic interval for this to occur is the relaxation time. This is related to the characteristic length of time a star needs to cross the cluster as well as the number of stellar masses in the system. The value of the relaxation time varies by cluster, but the mean value is on the order of 10^9 years."

 
Woher stammt das Zitat? Es ist etwas zu kurz um herauslesen zu können, worauf sich die Mrd Jahre beziehen. Mir scheint damit die "relaxation time" gemeint zu sein, die beschreibt, wie lange ein Stern zum durchfliegen des Haufens braucht. Auf dem Weg dahin kann er aber mehrere enge Begegnungen gehabt haben, wobei jede einzelne die möglichen Planetenorbits gestört haben kann. Die mittlere Dauer der ruhigen Zeiten liegen damit auch nach dem Zitat bei unter 1 Mrd Jahren.
 
Das oben angegebene Zitat stammt aus Wikipedia.

Die Relaxationszeit ist nicht, wie Du vermutest, die Zeit, welche ein Stern zum Durchfliegen des Haufens braucht, sondern die typische Zeit, die erforderlich ist, um die kinematische Vorgeschichte infolge von wesentlichen gravitativen Wechselwirkungen auszulöschen. Sie beschreibt also eher das, worauf Du hinaus bist, nämlich das typische Zeitintervall bis zu einer engen Begegnung, welche den Orbit des Sterns total verändert.

M.J. Benacquista: "Relativistic Binaries in Globular Clusters"

Zitat aus Ch. 2.2 (Globular cluster structure):

"The relaxation time is the typical time for gravitational interactions with other stars in the cluster to remove the history of a star’s original velocity. This amounts to the time required for gravitational encounters to alter the star’s velocity by an amount comparable to its original velocity. Since the relaxation time is related to the number and strength of the gravitational encounters of a typical cluster star, it is related to the number of stars in the cluster and the average energy of the stars in the cluster."

Dabei steht die solchermaßen definierte Relaxationszeit t_relax natürlich in Zusammenhang mit der Durchlaufzeit t_cross und mit der Anzahl N der Sterne im Haufen. In der zitierten Quelle wird dafür die folgende Beziehung angegeben:

t_relax ~ [0.1N/ln(N)] t_cross

Für einen Kugelsternhaufen mit N = 10^5, einem charakteristischen Radius von 10 pc und einer typischen Sterngeschwindigkeit von 10 km/s, ergibt sich t_cross ~ 10^6 Jahre und t_relax ~ 10^9 Jahre.

Die Zahlen für t_relax variieren zwar je nach Cluster zwischen 10^7 und 10^10 Jahren. 10^9 oder eine Milliarde Jahre ist aber durchaus ein typischer Wert:

W.G. Harris: Globular Cluster Database (Part III)

Im Gegensatz zu Deiner Vorstellung, dass bei jedem Sterndurchlauf zahlreiche enge Sternbegegnungen passieren, werden also typischerweise 1000 solcher Durchläufe benötigt, bis es zu einer großen Bahnveränderung des Sterns kommt.

Inwieweit die Orbits etwaiger Planeten davon betroffen sind, kann man nicht direkt daraus ableiten. Man kann sich durchaus vorstellen, dass auch weniger enge Sternbegegnungen schon erhebliche Auswirkungen haben können. Das ist eine interessante Frage, die man mit Simulationen untersuchen könnte. Mir ist dazu aber nichts bekannt.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter



 
Hallo allerseits,

ausgelöst durch die hier aufgeworfene Frage nach der Relaxationszeit von Kugelsternhaufen,
bin ich auf einige amüsante Kuriositäten auf den Seiten von Bob Jenkins gestoßen,
welche ich euch nicht vorenthalten möchte:

babyball

pollock

Dabei handelt es sich jeweils um die Simulation von (nur) 200 Sternen in einem Kugelsternhaufen.

(Zum Raus-Zoomen aus dem Cluster den Curser bei gedrückter Maustaste im Frame zum Zentrum schieben.)

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
Nein, wenn ich von enger Begegnung rede, dann meine ich, daß die Umlaufbahn hypothetischer Planeten hinreichend verändert wird, um die klimatischen Verhältnisse wesentlich zu verändern. Zum Beispiel wird es irdischen Lebenwesen nicht gut bekommen plötzlich auf einem Planeten zu leben, der jeweils ein halbes Jahr lang mehr der Venus und dem Mars ähnelt, als durchgängig der Erde, bloß weil die Umlaufelipse durch gravitative Wechselwirkung "etwas" gedehnt wurde.

Um die Umlaufbahn des Krümels Erde deutlich zu stören, braucht es wesentlich weniger Interaktion, als ähnliche Perturbation zwischen Sternen. Dem entsprechend wird auch der Erwartungswert für die Zeitdauer zwischen zwei solcher Ereignisse kleiner sein, als die Relaxationszeit Deiner Definition.

Auch wenn ich der Theorie selbst nichts abgewinnen kann, sei hier doch auf die Nemesis Theorie hingewiesen. In einem Sternhaufen stellet sich das Nemesis-Problem natürlich mit erheblicher Schärfe.
 
Um die Umlaufbahn des Krümels Erde deutlich zu stören, braucht es wesentlich weniger Interaktion, als ähnliche Perturbation zwischen Sternen. Dem entsprechend wird auch der Erwartungswert für die Zeitdauer zwischen zwei solcher Ereignisse kleiner sein, als die Relaxationszeit Deiner Definition.
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So allgemein, wie Du das formulierst, kann ich damit wenig anfangen. Das hängt dann doch sehr von den Details ab.

Man weiß ja schon eine Menge zu Stabilitätskriterien für Planetenorbits in Doppelsternsystemen. Stabile Planetenorbits sind im allgemeinen immer dann möglich, wenn die mittleren Abstände der Sterne entweder sehr klein oder sehr groß im vergleich zu den Planetenorbits sind. Im ersten Fall bewegen sich die Planeten um den gemeinsamen Schwerpunkt eines engen Doppelsterns. Im zweiten Fall bewegen sich die Planeten um den jeweils nächsten Stern und ihre Orbits sind, abgesehen von dem sehr langsamen Umlauf der Sterne, völlig entkoppelt und stabil.

Das zweite Szenario dürfte auch typisch für Sternbegegnungen in Kugelsternsystemen sein. Denn wesentliche Bahnveränderungen der stellaren Komponenten erfordern nicht, dass diese mitten durch die Planetenorbits pflügen. Dafür reichen schon wesentlich größere Abstände, bei denen die Planetenorbits noch völlig entkoppelt von dem stellaren Eindringling sind.

Wenn Du gegenteilige Evidenz dazu hast, nur her damit. Das würde mich aber überraschen.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
Ehrlich gesagt verstehe ich nicht ganz, was Du argumentieren willst.

Ich stimme Dir zu, daß Planetenorbits sehr nah an einem Stern durch vorbeiziehende andere Sterne nur wenig beeinflußt werden, sprich so lange der Abstand der beiden Sterne groß gegenüber dem Radius der Umlaufbahn ist. Stellt sich die Frage wie geeignet eine solche Umlaufbahn für die Entwicklung von Leben ist. Es braucht gar keine katastrophale Entwicklung, also die komplette Zerstörung des Orbits, um dem Leben auf einem Planeten einen herben Dämpfer zu verpassen, wie in meinem Beispiel mit einem Erdorbit mit Sonnenabständen zwischen Venus und Mars. Wenn eine Perturbation der Umlaufbahn dieser oder größerer Stärke oft genug passiert, dürfte es für höhere Lebensformen schwierig werden.

Aber wir reden hier über einen Sternhaufen, d.h. ein Planet befindet sich immer im Schwerefeld zahlreicher Sterne, wobei zeitweise ein weiterer Stern besondere Bedeutung bekommt. Die Erkenntnisse über Orbits eines Planeten in einem Doppelsternsystem gelten hier nicht, sondern die eines Vielteilchensystems. Dafür gibt es aber keine analytische Lösung, dementsprechend auch kein mathematisches Modell und somit auch keine Evidenz. Bestenfalls gibt es statistische Modelle, aber ich kenne keine zu diesem Problem und ich wage auch die Behauptung, daß niemand sonst ein Modell mit realistischen Größen parametrisieren könnte, weil noch niemand über nennenswerte Zeiträume die Dynamik eines Einzelsterns in einem Kugelhaufen verfolgt hat. Wir wissen ja nichtmal welche Sterne die Geschwister unsere Sonne sind, also mit ihr aus dem selbem Sternentstehungsgebiet entstammen, obwohl wir seit langem ruhig um das Zentrum der Milchstraße kreisen und uns nicht in einem gradezu turbulenten Kugelhaufen befinden.
 
Nun, ganz so aussichtslos, wie Du die mathematische Behandlung von N-Körper Problemen darstellst, ist es nun doch nicht. Natürlich lässt sich sowas nicht analytisch lösen. Schon ein 3-Körper Problem erfordert im allgemeinen Fall numerische Methoden. Aber das ist ja wohlbekannt.

Was Du aber anscheinend völlig verwurstelst, ist die stellare Dynamik in so einem Kugelhaufen, welche tatsächlich auf ein N-Köper Problem hinausläuft, und die innere Dynamik eines hypothetischen Planetensystems. Solange die interstellaren Abstände groß sind im Vergleich zu den Planetenorbits, ist die Dynamik des Planetensystems entkoppelt von der interstellaren Dynamik des Haufens. Wenn Du sagst "ein Planet befindet sich immer im Schwerefeld zahlreicher Sterne", so ist das zwar philosophisch betrachtet richtig, gleichzeitig ist es aber physikalisch und quantitativ betrachtet völlig unbedeutend, solange die stellaren Distanzen ihre typischen Werte haben.

Ungemütlich wird's natürlich, wenn so ein stellarer Nachbar so dicht herankommt, dass seine Schwerkraft im Vergleich zu der des Zentralgestirns nicht mehr vernachlässigbar ist. Wie wahrscheinlich und wie häufig das ist, war ja Gegenstand unserer Debatte. Ich hatte vemutet, dass die Relaxationszeit des Clusters die zeitlichen Abstände beschreibt. Und Du meintest, dass wesentliche Störungen schon viel früher und häufiger eintreten.

Inzwischen habe ich auch eine Arbeit entdeckt, welche sich u.a. genau mit Deiner Frage befasst:

S. Sigurdsson: Planets in Globular Clusters?

Vermutlich wird Dir die Arbeit gefallen, da die Ergebnisse in Richtung Deiner Vermutung laufen.

Zitat aus Wikipedia:

"Obwohl Kugelsternhaufen viele Sterne enthalten können, sind sie kein geeigneter Ort für ein Planetensystem. Die Planetenbahnen sind instabil, da vorbeiziehende Sterne die Bahn stören. Ein Planet, der im Abstand von einer Astronomischen Einheit einen Stern umkreisen würde, würde in einem Kugelsternhaufen wie 47 Tucanae im Durchschnitt nur rund 100 Millionen Jahre überleben."

Mit freundlichen Grüßen,
Peter






 
Ich fürchte, da kommen wir nicht zusammen, weil numerische Methoden zur Lösung des Vielkörperproblems nicht ausreichen. Der Grund liegt in potentiell chaotischen Bahnen. Jede numerische Genauigkeit ist da sehr bald erschöpft. Nur wenn man chaotische Effekte ausschließen kann, läßt sich ein Vielkörpersystem simulieren. Das kann aber heute niemand sagen, weil es keine ausreichenden Beobachtungen gibt. Die Simulationen von Galaxienzusammenstößen, von denen es man sogar kleine Filmchen gemacht hat, setzen immer voraus, daß chaotische Effekte schlimmstenfalls lokal auftreten, für das große Ganze also keine Rolle spielen. Wir aber interessieren uns ja gerade für das Detail, die Planetenfluse zwischen den Sterngiganten.

Meine Bemerkungen bzgl. des Gravitationsfelds eines Kugelhaufens bezog sich auf Deine Analogie zum Doppelsternsystem. Solche Systeme werden klar durch die Lagrange Mechanik beschrieben, also 3 Körper, wobei eine Masse vernachlässigbar ist. Diese Annahme muß gemacht werden, damit die beiden schweren Körper im wesentlichen das 2 Körperproblem beschreiben. Die dritte, kleine Masse befindet sich dann dynamisch stabil in einem der Lagrange-Punkte, nicht dem gemeinsamen Schwerpunkt der großen Massen. Genau diese Annahme gilt aber beim Vielteilchenproblem nicht. Die beiden schweren Körper umkreisen sich nicht ungestört, und damit darf man auch nicht mit der engen Planetenbahn um einen Stern argumentieren, da dieser ständig den Schwerpunkt (und die Lagrangepunkte) durch den Einfluß der Nachbarsterne ändert, den der Planet ja aber umkreisen soll.

Ich danke Dir für den Link und die anregende Diskussion, muß mich aber an dieser Stelle ausklinken, da meine gehassten Mechanikvorlesungen schon ein paar Jahrzehnte zurückliegen und ich mich keinesfalls noch in irgendetwas hineinsteigern möchte.
 
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