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VLTI
Die Blasen auf einem Roten Riesen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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22. Dezember 2017

Mithilfe des Very Large Telescope Interferometer ist es Astronomen erstmals gelungen, Konvektionszellen auf der Oberfläche eines Roten Riesensterns direkt zu beobachten und zu untersuchen. Sie konnten dadurch bestätigen, dass die Vorgänge auf dem Riesenstern den Prozessen gleichen, die man auch von unserer deutlich kleineren Sonne kennt.

π1 Gruis

Ansicht des Sterns π1 Gruis. Der kleine Kreis gibt die kleinste Struktur wieder, die rekonstruiert werden kann. Diese entspricht etwa 50 Millionen Kilometern. Bild: ESO  [Großansicht]

Es ist ein allseits bekanntes Phänomen: Wenn die Hitze am Boden des Kochtopfs groß genug ist, beginnt die Suppe zu brodeln – so werden die Temperaturunterschiede im Topf ausgeglichen. Ähnliches passiert in Sternen. Auf der Sonne finden wir Millionen solch brodelnder Regionen, jede ist etwa 2000 Kilometer groß. Bislang ließ sich der Mechanismus der Konvektion aufgrund der Nähe nur bei unserer Sonne beobachten. Er spielt aber für fast alle Sterne eine ganz fundamentale Rolle.

Dort war die Astronomie bisher auf Vorhersagen von einfachen Modellen aus den 1970er Jahren und wenige, äußerst aufwändige, Simulationsrechnungen angewiesen. Nun konnten Wissenschaftler diese sogenannten Konvektionszellen erstmals bei einem Roten Riesenstern, dem aufgeblähten, kühlen Endstadium unserer Sonne, beobachten. Ein internationales Astronomenteam unter der Leitung von Claudia Paladini von der Université Libre de Bruxelles verwendete für diesen Nachweis der Sternkonvektion die Technik der Interferometrie.

Für die Beobachtungen wurde der Stern π1 Gruis im südlichen Sternbild des Kranichs ausgewählt. Im Gegensatz zu den meisten Roten Riesensternen wird seine Oberfläche nicht von Staub verhüllt und er ändert seine Helligkeit nicht sehr stark. Die Messungen wurden im nahen Infrarotbereich durchgeführt, wo Rote Riesen besonders hell sind und die Technik der Interferometrie sehr gut funktioniert.

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Dazu wurden die vier kleinen Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte ESO so zusammengeschaltet, dass damit 20 Mal feinere Details erkennbar werden als mit einem einzelnen Teleskop. Die Teleskope sind dazu in Abständen von bis zu 80 Metern voneinander positioniert und das Licht wird dabei so zusammengeführt, dass sich die Weglängen der einzelnen Lichtstrahlen über diese Entfernung um nicht mehr als einen Tausendstel Millimeter unterscheiden.

Durch Messungen bei verschiedenen Positionen der Teleskope und Anwendung eines komplexen mathematischen Verfahrens rekonstruierten die Forschenden so ein Bild des Sternes. "Das Verfahren ist zwar sehr aufwändig, aber die einzige Möglichkeit, die Oberfläche von anderen Sternen zu untersuchen und damit einen so fundamentalen Mechanismus wie die Konvektion zu verstehen", erklärt Josef Hron vom Institut für Astrophysik der Universität Wien, der an den Beobachtungen beteiligt war.

Die gefundene Größe der Konvektionszellen von etwa 100 Millionen Kilometern passt gut zu den Vorhersagen und belegt somit die Richtigkeit der Modelle für so verschiedene Sterne wie die Sonne und Rote Riesen. Die neuen Beobachtungen stehen gewissermaßen am Beginn einer neuen Ära. Im Jahr 2018 wird am Interferometer des VLT das Instrument MATISSE (Multi-AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) in Betrieb gehen, an dem auch das Wiener Institut für Astrophysik beteiligt ist. "Mit MATISSE werden wir neben den Konvektionszellen erstmals auch die Verteilung des Staubes und der Moleküle auf der Oberfläche Roter Riesen abbilden können. Dies wird wesentliche Fortschritte im Verständnis dieser kosmischen Staubfabriken erlauben", so Hron, der in Österreich für das Projekt MATISSE  verantwortlich ist.

Über die aktuellen Beobachtungen berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist.

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siehe auch
VLTI: Detaillierter Blick auf einen Riesenstern - 25. August 2017
VLTI: Riesenstern in Großaufnahme - 18. Februar 2009
Mira: Hubble-Beobachtung mit Amateurhilfe - 20. September 2007
Mira: Roter Riese mit langem Schweif - 16. August 2007
Rote Riesen: Das geheime Leben eines Mira-Sterns - 6. Juni 2007
Mira: Wunderbare Einsicht in Doppelsternsystem - 4. Mai 2005
Links im WWW
Preprint des Fachartikels in Nature (pdf-Download von eso.org)
Universität Wien
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