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CEPHEIDEN
Kosmische Entfernungsskala kalibriert
von Stefan Deiters
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2. Oktober 2000

Die Entfernungsmessung im Universum ist eine kniffelige Angelegenheit: Astronomen nutzen daher sogenannte Standardkerzen, von denen sie glauben, ihre Helligkeit relativ genau zu kennen. Äußerst beliebt sind dabei die pulsierenden Cepheiden, wie etwa Zeta Geminorum. Die Entfernung dieses Sterns wurde nun neu vermessen - ein wichtiger Schritt zu einer genaueren Entfernungsbestimmung im All.

Auf den ersten Blick scheint das unlängst im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichte Ergebnis einer Gruppe amerikanischer Wissenschaftler nichts besonderes zu sein: Die Entfernung zum Stern Zeta Geminorum sei, so ist dort zu lesen, 1.100 Lichtjahre mit einer Genauigkeit von 13 Prozent. Das bedeutet, der Stern könnte auch in nur 960 Lichtjahren oder aber in 1.240 Lichtjahren Entfernung liegen. So ungenau diese Messung erscheinen mag, stellt sie doch - im Vergleich zu früheren Veröffentlichungen - einen dreifach genaueren Wert für die Entfernung des Sterns dar.

Die Bedeutung der Entfernungsbestimmung liegt aber insbesondere darin, dass Zeta Geminorum ein ganz besonderer Stern ist, nämlich ein Cepheid. Dies sind pulsierende Sterne, also Sterne, die regelmäßig heller und dunkler werden, und deren maximale Helligkeit - so die Theorie - direkt mit der Dauer eines Zyklus hell-dunkel-hell zusammenhängt. So sind diese Sterne ideal zur Entfernungsmessung: Findet man einen dieser Sterne und kann die Dauer von einem Helligkeitsmaximum zum nächsten messen, kennt man gemäß der Theorie seine wirkliche Helligkeit und kann aus dieser  die Entfernung zu dem Stern bestimmen.

Diese besondere Eigenschaft macht Cepheiden zu idealen sogenannten Standardkerzen, die die Astronomen verwenden um Entfernungen von anderen Galaxien abzuschätzen. Finden sie dort Cepheiden können sie die Distanz zu dem Objekt recht genau bestimmen und so quasi das Universum vermessen. Dies ist ein wichtiger Beitrag zur Bestimmung beispielsweise der Hubble-Konstante und eine der Hauptaufgaben des Hubble-Weltraumteleskops war dann auch die genaue Entfernungsbestimmung zu entfernten Galaxien. Unabdingbar für diese Methode der Entfernungsbestimmung mit Hilfe dieser sogenannten komischen Entfernungsskala ist die genaue Kalibrierung der Helligkeit von Cepheiden in unserer Nähe: Einmal muss man schließlich unabhängig von der Theorie messen, wie hell diese Sterne nun wirklich sind.

Und dieser Aufgabe stellten sich nun die amerikanischen Astronomen: "Es war bekannt, dass Zeta Geminorum sich ausdehnt und wieder kontrahiert", erläutert Benjamin Lane vom California Institute of Technology (Caltech). Durch den Doppler-Effekt können die Wissenschaftler so geringe Unterschiede im Licht von dem Stern ausmachen - abhängig davon ob er sich gerade von uns wegbewegt, sich also zusammenzieht, oder expandiert. Mit den Bildern zweier zusammengeschalteter Teleskope stellten die Astronomen nun fest, dass sich die Ausdehnung von Zeta Geminorum um den fünfhundertmillionsten Teil eines Grades während einer zehntägigen Periode ändert. Dies korrespondiert mit der schon vorher bekannten Änderung des Durchmessers des Sterns von 4,2 Millionen Kilometern. Kombiniert man beide Messungen kann man daraus die Entfernung zu Zeta Geminorum bestimmen.

Die beiden zusammengeschalteten Teleskope sind lediglich eine Testeinrichtung für ein weitaus größeres Projekt: die Kombination der beiden 10-Meter-Keck-Teleskope auf Hawaii mit deren Hilfe dann nach extrasolaren Planeten gesucht werden soll. Die Entfernungsbestimmung von Zeta Geminorum zeigt nun, dass das Grundprinzip funktioniert. "Als Doktorand an dieser Entwicklung beteiligt zu sein, war schon sehr aufregend", freute sich Lane.

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