Weißt du wieviel die Sternlein wiegen…? Diese Frage lässt sich künftig leichter beantworten. Denn Astronomen haben eine neue Methode entwickelt, mit der die Masse von Einzelsternen genauer als bisher ermittelt werden kann. Sie nutzen dabei Informationen über Helligkeit und Durchmesser eines Sterns sowie spezielle Fluktuationen seines Sternenlichts, um auf seine Masse zu schließen.
Die Masse eines Sterns ist ein wichtiges Merkmal: Sie bestimmt sein Verhalten, aber auch, ob er am Ende seines Lebenszyklus zu einem Schwarzen Loch oder Weißen Zwerg wird. Hat der Stern umkreisende Planeten, dann liefert seine Masse entscheidende Hinweise auf deren Beschaffenheit. Denn über sie können Astronomen abschätzen, wie schwer die Trabanten sind. Ihre Masse und Größe zusammen verraten dann, ob es sich um Gesteins- oder Gasplaneten handelt.
Wie wiegt man einen Stern?
Doch wie wiegt man ein Objekt, das hunderte, vielleicht sogar Millionen Lichtjahre entfernt liegt? Bei Doppelsternsystemen nutzen Astronomen die gegenseitige Schwerkraftwirkung der beiden Sternenpartner. Weil diese den Newtonschen Gesetzen folgen, kann man aus Orbitgröße und Umkreisungstempo ihre Masse errechnen.
Bei einzelnen Sternen ist dies jedoch schwieriger. Anhand ihres Lichtspektrums und ihrer Helligkeit können Forscher sie zumindest grob einer Sternenklasse zuordnen. Liegen die Sterne nahe genug, wie beispielsweise unsere Sonne oder unseren Nachbarsternen, dann kann die Asteroseismologie Rückschlüsse auf die Sternenmasse liefern – die Beobachtung von Lichtfluktuationen, die durch Sternenbeben entstehen. Doch bei weiter entfernten Sternen reicht die Auflösung der Teleskope dafür nicht aus.
Zwei Methoden kombiniert
Jetzt haben Astronomen um Keivan Stassun von der Vanderbilt University eine neue Methode für das „Wiegen“ von Einzelsternen entwickelt. „Mit unserem Verfahren können wir die Masse einer großen Anzahl von Sternen mit einer Genauigkeit von zehn bis 25 Prozent ermitteln“, erklärt Stassun. „Das ist in den meisten Fällen weit genauer als mit bisher gängigen Methoden möglich.“
Die neue Technik kombiniert zwei Ansätze miteinander. „Als erstes nutzen wir das Licht des Sterns und seine Parallaxe, um seinen Durchmesser zu bestimmen“, erklärt Stassun. Die Parallaxe ist die scheinbare, leichte Verschiebung eines Objekts, die man sieht, wenn man es von zwei Blickwinkeln aus betrachtet. Weltraumteleskope wie die Gaia-Mission der ESA liefern Aufnahmen des gleichen Himmelsbereichs von den Extrempunkten ihres Orbits. Dies führt zu einem Parallaxen-Effekt bei vielen Sternen.
Verräterisches Flackern
Im zweiten Schritt der Methode schauen sich die Astronomen das Licht des Sterns genauer an. „Wir analysieren die Art und Weise, wie das Sternenlicht flackert“, erklärt Stassun. Denn wie er und sein Team vor einigen Jahren herausfanden, erlauben bestimmte Fluktuationen Rückschlüsse auf die Schwerkraftwirkung an der Sternenoberfläche. Indem die Forscher die Informationen beider Schritte kombinieren, können sie die Masse des Sterns zumindest eingrenzen.
Wie präzise damit die Masse von Sternen abschätzbar ist, haben die Astronomen bereits an 675 Sternen mit bekannter Masse überprüft. Das Ergebnis: „Wir haben demonstriert, dass wir die Sternenmasse von Objekten im Kepler-Sternenkatalog mit einer Genauigkeit von rund 25 Prozent ermitteln können“, berichtet Stassun.
„Bei den Sternen, die die künftige TESS-Mission anvisieren wird, können wir dies wahrscheinlich auf zehn Prozent steigern“, so der Forscher weiter. Der „Transiting Exoplanet Survey Satellite“ (TESS) der NASA soll im nächsten Jahr starten und die 200.000 hellsten Sterne des Himmels nach Planeten absuchen. (Astronomical Journal, in press)
(Vanderbilt University, 27.12.2017 – NPO)
