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BRITE-CONSTELLATION
Nanosatelliten erforschen massereiche Sterne
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Wien
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29. März 2016

Nanosatelliten werden immer universeller einsetzbar. Mit der aus fünf Satelliten bestehenden BRITE-Constellation setzt man diese Winzlinge auch erstmals für die astrophysikalische Forschung ein. Ziel des Projekts ist die langandauernde Beobachtung von hellen massereichen Sternen. Jetzt wurden erste Ergebnisse vorgestellt.

UniBRITE

Der Nanosatellit UniBRITE kreist in 800 Kilometern Höhe um die Erde und dient der Erforschung massereicher Sterne. Bild: Universität Wien [Großansicht]

Am 25. Februar 2013 starteten zwei österreichische Satelliten – UniBRITE für die Universität Wien und BRITE-Austria für die Technische Universität Graz – von Indien aus ihre Nanosatelliten-Mission BRITE-Constellation ins All. Jetzt stellten Astronomen erste Forschungsergebnisse der Mission vor. "BRITE steht für BRIght Target Explorer. Es handelt sich dabei um 20 Zentimeter lange und acht Kilogramm schwere, würfelförmige Nanosatelliten, die ein kleines Weltraumteleskop tragen", erklärt Werner W. Weiss, UniBRITE-Projektleiter vom Institut für Astrophysik der Universität Wien.

Insgesamt fünf Nanosatelliten umkreisen mittlerweile die Erde in etwa 800 Kilometern Höhe; neben den zwei österreichischen auch noch zwei polnische und ein kanadischer Satellit. Die BRITE-Constellation hat sich somit zu einem internationalen Vorzeigeprojekt entwickelt, denn es handelt sich um die ersten Nanosatelliten im astrophysikalischen Forschungseinsatz. Alle Beobachtungen werden im internationalen Team verarbeitet.

Das Projekt hat das Ziel, die Helligkeitsschwankungen von Sternen in zwei Farbbereichen, dem roten und blauen, mit hoher Genauigkeit und über einen langen Zeitraum kontinuierlich zu messen. Astronomen können aus der Auswertung der wissenschaftlichen Daten wichtige Rückschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften dieser Sterne ziehen, die für das Verständnis ihrer Entwicklung wichtig sind.

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"Diese Messungen können nur vom Weltraum aus durchgeführt werden, da die photometrische Genauigkeit der Messungen durch die Turbulenzen der Erdatmosphäre selbst bei völlig klarem Himmel deutlich eingeschränkt ist", so Weiss. Zudem würden die äußerst störenden Unterbrechungen durch den Tag-Nacht-Rhythmus und durch Schlechtwetter in den Beobachtungsreihen wegfallen. Und auch die durch die Jahreszeiten auf der Erde auf zwei Monate beschränkten Beobachtungszeiträume ganzer Nächte werden durch BRITE auf bis zu sechs Monate verlängert.

Die BRITE-Datensätze sind für die Untersuchung von Sternaufbau und -entwicklung mit den Methoden der Asteroseismologie unentbehrlich. Diese beruht darauf, dass Sterne vibrieren, was durch geringfügige Helligkeitsänderungen nachweisbar ist. Aus den verschiedenen Pulsationen eines Sternes kann dann gleichsam sein "Röntgenbild" entwickelt werden. Zielgebiete der ersten Messungen waren unter anderem die Sternbilder Zirkel und Zentaur am südlichen Sternenhimmel.

Diese Himmelsregion ist für die Wissenschaftler interessant, weil sie viele massereiche Sterne beherbergt. Solche Sterne führen einerseits nur ein relativ kurzes Leben, sind aber andererseits mitverantwortlich für die Produktion jener chemischen Elemente, die auch für unser Leben erforderlich sind.

Ein Forschungsobjekt des Nanosatelliten war α Circini: Er ist ein so genannter "chemisch pekuliarer magnetischer Stern", bei dem die Magnetfeldstärke, die bei allen Sternen vorhanden ist, ausreichend groß für eine detaillierte spektroskopische, interferometrische und polarimetrische Untersuchung ist. Darüber hinaus pulsiert α Circini, und man kann deshalb auch das Innere dieses Sterns untersuchen. Mit den Satelliten der BRITE-Constellation konnte nun erstmals der Lichtwechsel durch Rotation in zwei Farben beobachtet und auch die Frage nach einer in der Vergangenheit unbeobachteten Pulsationsperiode geklärt werden.

Ein anderer untersuchter Stern ist β Centauri: Er ist ein komplexes Gebilde von einem massereichen Doppelstern, der von einem dritten, etwas weiter entfernten Stern, umkreist wird. Die Bedeutung eines Doppelsterns liegt für die Forscher in der Möglichkeit, die Sternmassen durch die Gesetze der klassischen Mechanik sehr gut abschätzen zu können. Der innere Aufbau dieser Objekte kann über deren Pulsationseigenschaften bestimmt und mit großer Genauigkeit geprüft werden.

Wissenschaftler haben β Centauri über 146 Tage mit den Satelliten der BRITE-Constellation beobachtet. Die Herausforderung dabei war, die aufgezeichneten 17 Pulsationsfrequenzen jeweils einer der beiden Doppelsternkomponenten zuzuordnen und individuell deren Schwingungsmuster zu bestimmen.

Letzteres wurde noch dadurch erschwert, dass beide Sterne in nur wenigen Tagen um ihre Achse rotieren, was die Pulsationseigenschaften beeinflusst. Ohne den langen, genauen und ununterbrochenen Datensatz der BRITE-Constellation wäre das Modellieren dieser massereichen pulsierenden Sterne nicht möglich gewesen. Jetzt würden diese Modellierungen als Prototypen der Klasse von massereichen, sogenannten B-Sternen dienen, erklärt Andrzej Pigulski von der Universität Wroclaw, ebenfalls Mitglied des BRITE-Constellation-Teams.

Im Fall der Sterne η und μ Centauri haben es ebenfalls erst Daten der BRITE-Constellation erlaubt, die Wechselwirkungen zwischen der Pulsation von massereichen Sternen und deren unmittelbarer Umgebung aufzuklären. "Österreichische Astronomen und Techniker haben mit der BRITE-Constellation einen Meilenstein beim Einsatz von Nanosatelliten in der astrophysikalischen Forschung gesetzt", so das Urteil von Weiss.

Für Österreich ist die Kooperation der Universitäten in Wien und Innsbruck und der Technischen Universität in Graz beispielhaft. An der Universität Wien erfolgen das Management der gesamten BRITE-Constellation und die astrophysikalische Forschung in Kooperation mit der Universität Innsbruck. Der von der TU Graz realisierte Satellit TUGSAT-1/BRITE-Austria wird von der eigens dafür entwickelten Bodenstation in Graz betrieben, die nun auch den Betrieb von UniBRITE übernimmt.

"Die beiden österreichischen Satelliten waren ursprünglich für einen zweijährigen Einsatz ausgelegt. Mittlerweile sind sie mehr als drei Jahre erfolgreich im Orbit. Die Auswertung der Messwerte zeigen, dass die BRITE-Satelliten noch mindestens weitere zwei Jahre operationell sein können", sagt Otto Koudelka, Projektleiter für BRITE-AUSTRIA.

Ihre aktuellen Ergebnisse präsentieren die Wissenschaftler in insgesamt drei Fachartikeln, die in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen sind.

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siehe auch
TUGSAT-1: Erster österreichischer Satellit gestartet - 26. Februar 2013
TUGSAT-1: Erster österreichischer Satellit vor dem Start - 6. November 2012
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (1)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (2)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (3)
Universität Wien
BRITE-Constellation
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