Ein Sternhaufen ist ein Gebiet stark erhöhter Dichte von Sternen im Vergleich zum umgebenden Bereich einer Galaxie. Wie deutlich seine Konzentration den Sternhintergrund übertrifft, kann jedoch sehr verschieden sein. Die Sterne eines Haufens gehören meistens in dem Sinne zusammen, dass sie auch gemeinsam entstanden sind. Man unterscheidet Offene Sternhaufen – die relativ jung sind und in den Spiralarmen liegen – von den Kugelsternhaufen, die als alte Gebilde die Galaxis in einem Halo umgeben.

Sternhaufen sind wichtig zur Erforschung der Sternentwicklung, da alle Sterne ein ähnliches Alter besitzen. Außerdem sind sie in fast derselben Entfernung, wodurch die Interpretation von Messungen sicherer wird. Offene Sternhaufen stellen eher lockere Ansammlungen von Sternen dar, die aus großen Molekülwolken (Gas und Staub) gemeinsam entstanden sind. Dennoch lösen sie sich meistens mit der Zeit auf, weil ihre Eigenbewegungen etwas verschieden sind. Daher sind viele offene Sternhaufen "astronomisch junge" Objekte von einem Alter bis zu einigen hundert Millionen Jahren. Sie besitzen noch viele junge, massereiche Sterne, die durch ihre hohe Temperatur vor allem im weiß-blauen Licht strahlen. Einer der bekanntesten Offenen Sternhaufen sind die Plejaden. Bei den wesentlich sternreicheren Kugelhaufen geht man oft auch von einer gemeinsamen Sternentstehung aus; aufgrund der Gravitation bleiben die Sterne aneinander gebunden. Kugelsternhaufen umgeben die Galaxis in größerer Entfernung und sind wesentlich älter als die offenen Sternhaufen, sie sind Teil des Halo. Das Alter vieler Kugelsternhaufen liegt in der Größenordnung von 10 Milliarden Jahren (das Alter des Universums wird auf 13,7 Mrd. Jahre geschätzt). Der hellste mit freiem Auge beobachtbare Kugelsternhaufen ist Omega Centauri und liegt auf der Südhalbkugel des Sternenhimmels. Eine dritte Gruppe sind die Sternassoziationen, auch Bewegungshaufen oder Sternströme genannt. Sie sind mit den Offenen Sternhaufen verwandt und haben vorwiegend junge heiße Sterne, die sich gemeinsam auf einen Fluchtpunkt (Vertex) hinzubewegen scheinen. Zu ihnen gehören die Hyaden, deren Sternverteilung zur Entwicklung des Hertzsprung-Russell-Diagramms entscheidend beigetragen hat. Die erst in letzter Zeit entdeckte Klasse der Supersternhaufen steht zwischen den Offenen und den Kugelhaufen. Es sind Gebiete mit extrem hohen Sternentstehungsraten, was zu sehr kompakten, massereichen und relativ langlebigen Sternhaufen führt. Sie zeigen eine große Zahl heller Hauptreihensterne und sind von ionisierten H-II-Regionen umgeben. Typisch ist ihre Entstehung in aktiven Starburstgalaxien.

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