Astronomen lösen Cepheiden-Rätsel
Eine Gruppe von Astronomen aus Chile und Polen hat mit einer bisher nie erreichten Genauigkeit einen Cepheiden vermessen, also ein Mitglied der Klasse pulsierender, veränderlicher Sterne, die größer und heller als die Sonne sind. Seit ihrer Entdeckung im 18. Jahrhundert blieben die Cepheiden immer ein Rätsel. Den Forschern zufolge lasse sich anhand dieser Erkenntnisse die Masse solcher Sterne bestimmen. Finanziert wurde die Studie teilweise durch das Projekt OGLE ("The optical gravitational lensing experiment"), das wiederum Unterstützung vom Europäischen Forschungsrat erhielt. Klassische veränderliche Sterne vom Typ der Cepheiden, kurz Cepheiden, dehnen sich wie andere Sterne aus und ziehen sich anschließend wieder zusammen, wobei ein solcher Kreislauf je nach Stern zwischen einigen Tagen und mehreren Monaten dauert. Die Zeit, die der Cepheide braucht, um heller und anschließend wieder dunkler zu werden, ist bei leuchtkräftigeren Exemplaren länger, während es bei leuchtschwächeren Sternen schneller geht. Dieser genau bestimmbare Zusammenhang macht die Untersuchung von Cepheiden zu einem der besten Werkzeuge zur Vermessung der Entfernungen naher Galaxien, mit deren Hilfe sich wiederum die Entfernungsskala des gesamten Universums eichen lässt. Trotz ihrer großen Bedeutung versteht man die Cepheiden noch immer nicht vollständig und Vorhersagen ihrer Massen aus der Theorie der Sternpulsationen waren immer sehr ungenau - bis jetzt. Unter der Leitung von Grzegorz Pietrzynski von der Universidad de Concepción in Chile und den Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego in Polen bestimmte eine Gruppe von Astronomen mithilfe genauer Radialgeschwindigkeitsmessungen durch den HARPS-Spektrometer auf dem 3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) am La-Silla-Observatorium in Chile die Masse eines Cepheiden mit einer Genauigkeit, die weit über der aller früheren Schätzungen lag. "Dieses neue Ergebnis ermöglicht es uns, sofort festzustellen welche der beiden konkurrierenden Theorien zur Vorhersage der Massen von Cepheiden die richtige ist", freute sich Dr. Pietrzynski. Um dieses Rätsel zu lösen, mussten die Astronomen einen Doppelstern finden, der einen Cepheiden enthält und dessen Bahnebene von der Erde aus seitlich zu sehen ist. Bei diesen sogenannten Bedeckungsveränderlichen ändert sich die Helligkeit des Sternenpaares, wenn einer der beiden auf seiner Umlaufbahn vor dem anderen vorbeizieht, und nochmals, wenn er hinter seinem Begleiter entlangläuft. Für solche Paare können Astronomen die Massen der Sterne sehr genau bestimmen. Leider sind sowohl Cepheide als auch Bedeckungsveränderliche sehr selten, sodass die Chance, so ein ungewöhnliches Paar zu finden, recht gering zu sein schien. Allerdings trat für die Forscher der Glücksfall ein, erklärte Teammitglied Wolfgang Gieren von der Universidad de Concepción: "Vor kurzem haben wir tatsächlich in der Großen Magellanschen Wolke das Doppelsternsystem gefunden, auf das wir gehofft hatten. Es enthält einen Cepheiden der mit einer Periode von 3,8 Tagen pulsiert. Der Begleitstern ist etwas grösser und kühler und beide Sterne umkreisen sich einmal alle 310 Tage. Bei der Beobachtung mit dem HARPS-Spektrografen auf La Silla offenbarte sich sofort die wahre Natur des Objekts als Doppelsternsystem." Während die beiden Sterne auf ihren Umlaufbahnen voreinander herzogen, vermaßen die Beobachter sorgfältig die Helligkeitsschwankungen des seltenen Objekts. Sie verwendeten HARPS und andere Spektrografen außerdem, um die Bewegungen der Sterne auf die Erde zu und von ihr weg zu messen - sowohl die Umlaufbewegung beider Sterne als auch die Bewegung der Oberfläche des Cepheiden, während er anschwoll und sich wieder zusammenzog. Der vollständige und sehr detaillierte Datensatz ermöglichte den Beobachtern die Bestimmung der Bahnbewegung, der Größen und der Massen beider Sterne mit großer Genauigkeit - viel genauer als das jemals zuvor für einen Cepheiden gelungen war. Dessen Masse ist nun mit einer Unsicherheit von nur etwa 1% bekannt und stimmt exakt mit Vorhersagen aus der Theorie der Sternpulsationen überein. Die Vorhersage einer größeren Masse aus der Theorie der Sternentwicklung stellte sich dagegen als falsch heraus.
Länder
Chile, Polen