HUBBLE
Die Masse von Sirius B
von Stefan Deiters
astronews.com
19. Dezember 2005

Sirius im Sternbild Großer Hund ist in mancherlei Hinsicht ein bemerkenswertes Objekt: Die auch Hundsstern genannte Sonne ist der hellste Stern am Nachthimmel und verfügt zudem über einen Begleiter, den Weißen Zwergstern Sirius B. Mit dem Hubble-Weltraumteleskop gelang es nun, die Masse des dunklen Begleiters genau zu vermessen.

Sirius überstrahlt mit seiner Helligkeit seinen Begleiter Sirius B (unten links) fast vollständig. Foto: NASA, H. E. Bond und E. Nelan (STScI), M. Barstow und M. Burleigh (University of Leicester) und J. B. Holberg (University of Arizona) So stellt sich ein Künstler Sirius und seinen Begleiter Sirius B vor. Bild: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)

Für Astronomen muss es schon frustrierend sein: Gerade der uns am nächsten gelegene Weiße Zwergstern Sirius B wird vom hellsten Stern am Nachthimmel im wahrsten Sinne des Wortes überstrahlt. Der Stern im Wintersternbild Großer Hund ist deswegen den Wissenschaftlern in vielerlei Hinsicht ein Rätsel, obwohl er schon seit über 140 Jahren bekannt ist. Dank neuer Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble gelang es einem internationalen Astronomenteam aber nun, ein wenig mehr über Sirius B zu erfahren, indem sie das Licht von Sirius B isolierten.

Weiße Zwerge sind langsam abkühlende Sternenreste. Sie bleiben übrig, wenn das nukleare Feuer eines sonnenähnlichen Sterns verloschen ist. Die zunächst heiß glühende Asche kühlt im Laufe der Jahre immer weiter ab, so dass der Weiße Zwerg immer dunkler und dunkler wird. Weiße Zwerge sind äußerst kompakte Objekte, die auf sehr kleinem Raum ein große Menge an Materie vereinen. Eine solche Massenkonzentration hat gemäß Einsteins Theorien Einfluss auf das Licht, das der Stern abstrahlt. Kann man also bestimmen, wie stark das Licht von der Masse von Sirius B beeinflusst wird, lässt sich daraus im Umkehrschluss die Masse des Sterns bestimmen.

Bislang allerdings hatten man bei der dazu notwendigen Spektroskopie immer mit Problemen zu kämpfen: Von der Erde aus sorgte die Atmosphäre dafür, dass das Licht von Sirius B mit Licht des um viele Male helleren Sirius verunreinigt und daher eine Bestimmung der Masse nicht möglich war. "Sirus B hat die Astronomen schon seit über 140 Jahren beschäftigt", erläutert Martin Barstow von der University of Leicester, der das Beobachterteam leitete. "Nur mit Hubble haben wir überhaupt eine Chance, die Daten zu erhalten, die wir brauchen, um bestimmen zu können, wie sich die Wellenlänge des Lichtes von Sirius B ändert."

Die genaue Masse des Weißen Zwerges ist nicht nur für Forscher interessant, die sich für diese Endphase im Sternenleben interessieren: "Die genaue Bestimmung der Masse ist fundamental für unser Verständnis der Sternentwicklung. Auch unsere Sonne wird einmal ein Weißer Zwerg werden und zudem sind Weiße Zwerge die Ursache für eine besondere Variante von Supernova-Explosionen, die man für die Bestimmung von Entfernungen im Universum nutzt," erläutert der Astronom. So spielten diese Supernova-Explosionen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der so genannten "dunklen Energie" des Universums. "Außerdem nutzt unsere Methode zur Massenbestimmung eine zentrale Voraussage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie: Das Licht verliert Energie, wenn es der Gravitationskraft des Weißen Zwergs entkommen will."

Sirius B hat einen Durchmesser von etwa 12.000 Kilometern und ist damit kleiner als die Erde. Sein Gravitationsfeld allerdings ist 350.000 Mal größer als das der Erde. Licht das versucht von seiner Oberfläche zu entkommen, wird durch dieses Gravitationsfeld zu längeren roten Wellenlängen hin gestreckt. Dieser Effekt, der auf Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie basiert, wird "Gravitations-Rotverschiebung" genannt und ist am ehesten bei sehr kompakten und dichten Objekten zu beobachten, deren Masse den Raum um sie herum krümmt.

Nach den neuen Hubble-Daten, die mit dem Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) im Februar 2004 gemacht wurden, hat Sirius B eine Masse von rund 98 Prozent der Masse unserer Sonne. Sirius selbst hat die doppelte Masse unserer Sonne und einen Durchmesser von 2,4 Millionen Kilometern. Astronomen verwenden schon seit längerer Zeit eine fundamentale theoretische Beziehung zwischen der Masse eines Weißen Zwergs und seines Durchmessers. Danach ist der Durchmesser des Sternenüberrestes um so geringer, je größer seine Masse ist. Durch die neuen Beobachtungen lässt sich diese Theorie nun direkt überprüfen.

Durch Hubble konnten die Forscher auch die Oberflächentemperatur von Sirius B neu bestimmen: Sie liegt demnach bei 25.200 Grad. Sirius selbst hat eine Oberflächentemperatur von 10.500 Grad. Sirius ist 8,6 Lichtjahre von der Erde entfernt und gehört damit zu den uns am nächsten gelegenen Sternen. Der Stern war schon in der Antike bekannt und sein Erscheinen am Himmel kündigte den alten Ägyptern jedes Jahr die bevorstehende Nilschwemme an. Sein Begleiter Sirius B wurde erst 1862 entdeckt, war aber schon 1844 durch Bessel vorhergesagt worden.