Binäre Sternsysteme sind überall. Sie machen einen großen Prozentsatz aller bekannten Sonnensysteme aus: Soweit wir wissen, hat etwa die Hälfte aller sonnenähnlichen Sterne einen binären Partner. Aber wir hatten noch nicht wirklich die Gelegenheit, sie im Detail zu studieren. Das soll sich ändern. Verwendung von Daten der Europäischen Weltraumorganisation Raumsonde Gaia , hat ein Forscherteam gerade ein gigantisches neuer Katalog von nahen Doppelsternsystemen und zeigt, dass mindestens 1,3 Millionen von ihnen innerhalb von 3000 Lichtjahren um die Erde existieren.
Diese detaillierte Untersuchung unserer lokalen galaktischen Nachbarschaft bietet Forschern eine enorme Auswahl an Doppelsternen. Frühere Durchmusterungen von Doppelsternen, wie die Tycho- und Hipparcos-Kataloge (die zwischen 1997 und 2002 erstellt wurden), fanden nur etwa 13.000 gepaarte Sterne. Die neue Stichprobengröße der Gaia-Durchmusterung ist 100-mal größer, was es Astronomen ermöglichen wird, weit genauere Modelle der Sternensystementstehung zu erstellen.
Der helle Kugelschwarm links vom galaktischen Zentrum in dieser Darstellung des Künstlers zeigt die 3000 Lichtjahre um die Erde, die im neuen Katalog der Doppelsterne vermessen wurden. Bildquelle: Kareem El-Badry/UC Berkeley und Jackie Faherty/AMNH
Die Existenz eines Binärsystems zu bestätigen ist keine leichte Aufgabe. Zwei Sterne, die aus unserer Perspektive nahe beieinander am Himmel erscheinen, können tatsächlich sehr weit voneinander entfernt sein; sie liegen zufällig in einer ähnlichen Sichtlinie.
Um herauszufinden, ob die Sterne tatsächlich nahe beieinander liegen, verlassen sich Astronomen auf den Parallaxeneffekt: die scheinbare Bewegung eines entfernten Objekts, wenn sich der Blickwinkel des Beobachters ändert. Mit anderen Worten, Astronomen müssen die fernen Sterne zweimal beobachten, von zwei verschiedenen Positionen in der Erdumlaufbahn um die Sonne. Die Positionen der Sterne am Himmel scheinen sich von einer Perspektive zur anderen zu ändern. Wenn sich die beobachteten Sterne scheinbar zusammen bewegen, sind sie nahe; wenn nicht, sind sie weit auseinander.
Dieses GIF demonstriert die Parallaxe durch den Vergleich zweier Bilder von Proxima Centauri (dem unserer Sonne nächsten Stern). Das erste Bild wurde von der Erde aus aufgenommen, das zweite von New Horizons, jenseits von Pluto. Aus dem Vergleich wird deutlich, dass uns Proxima Centauri viel näher ist als die Hintergrundsterne, die sich scheinbar nicht mit ihm zu bewegen scheinen. Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Las Cumbres Observatory/Siding Spring Observatory/Edward Gomez
Parallaxe ist am nützlichsten, um nahe Sterne zu messen. Jenseits von etwa 3000 Lichtjahren von der Erde ist die scheinbare Bewegung einfach zu klein, um sie genau zu messen. Aus diesem Grund konzentriert sich dieser neue Katalog eher auf nahegelegene Binärsysteme als auf entfernte.
Die Forscher – Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix und Tyler M. Heintz – hoffen, dass der neue Datensatz Astronomen eine Fülle neuer Forschungsmöglichkeiten bietet. Das Team ist besonders daran interessiert, binäre Paare zu untersuchen, zu denen Weiße Zwerge (alte Sterne in ihren letzten Entwicklungsstadien) gehören. Weiße Zwerge produzieren in ihrem Kern keine Fusionsreaktionen mehr, was bedeutet, dass sie im Laufe der Zeit langsam mit einer messbaren Geschwindigkeit abkühlen. Dadurch ist es möglich, das Alter von Weißen Zwergen abzuschätzen, während Hauptreihensterne (mittelalterliche Sterne wie unsere Sonne) viel schwieriger zu datieren sind.
Hier wird das Studium von Binärsystemen nützlich. Wie die Forscher erklären, bilden sich Sterne in Doppelsternpaaren normalerweise zur gleichen Zeit wie ihre Partner. Beide Sterne wurden „aus derselben Gaswolke geboren und kreisen seither umeinander. Sie haben also im Wesentlichen das gleiche Alter, die anfängliche Zusammensetzung und den gleichen Abstand, aber im Allgemeinen unterschiedliche Massen und gelegentlich unterschiedliche Entwicklungsphasen.“ Wenn Sie also einen Stern des Paares datieren können (weil es zum Beispiel ein Weißer Zwerg ist), dann kennen Sie auch das Alter des anderen Sterns per Assoziation, auch wenn es eine (normalerweise undatierbare) Hauptreihe ist Stern.
Der neue Katalog enthält 15.982 dieser Weißen Zwerge/Hauptreihen-Binärdateien – eine riesige Stichprobengröße, die alles bisher Dagewesene übertrifft und es Astronomen ermöglichen wird, die Geschichte, das Alter und die Entwicklung nahegelegener sonnenähnlicher Sterne besser zu verstehen.
Die Daten halten auch einige Überraschungen bereit. Eine der bisher seltsamsten Entdeckungen ist, dass Doppelsterne in der Regel die gleiche Masse wie ihre Partner haben.
„Das ist wirklich seltsam“ sagte El-Badry , „weil die meisten von ihnen durch Hunderte oder Tausende von AE getrennt sind, also so weit voneinander entfernt sind, dass ihre Massen nach herkömmlichen Sternentstehungstheorien zufällig sein sollten. Aber die Daten sagen eine andere Geschichte: Sie wissen etwas über die Massen ihrer Gefährten.“
El-Badry glaubt, dass die beste Erklärung für dieses Phänomen darin besteht, dass sich die Sterne nahe beieinander gebildet haben und später durch die Anziehungskraft anderer Sterne und Objekte, die das System passieren, auseinander geworfen wurden.
Weitere Überraschungen werden mit Sicherheit auftauchen, wenn Astronomen in den neuen Katalog stöbern. Wir haben gerade erst damit begonnen, die Zusammensetzung unserer lokalen galaktischen Nachbarschaft zu bestimmen. Doppelsternsysteme bieten neue Werkzeuge zur Charakterisierung unserer Umgebung, und in Kombination mit unserem wachsenden Wissen über Sterntypen, Gaswolken und Exoplaneten werden Doppelsternsysteme uns helfen, unseren Platz in der Galaxie besser als je zuvor zu verstehen.
Erfahren Sie mehr:
- Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix, Tyler M. Heintz. „Eine Million Binärdateien von Gaia eDR3: Probenauswahl und Validierung von Gaia-Parallaxenunsicherheiten.“ Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, 2021.
- Robert Sanders, 'Binäre Sterne sind überall um uns herum, neue Karte der solaren Nachbarschaft zeigt.' Berkeley-Nachrichten.
Künstlerische Darstellung von Millionen von Doppelsternen, die in der Nachbarschaft der Erde beobachtet wurden. Bildnachweis: UC Berkeley Video von Roxanne Makasdjian, basierend auf Animation von Jackie Faherty, AMNH und Daten von Kareem El-Badry.
