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ASTEROSEISMOLOGIE
Die innere Struktur von 16 Cygni
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
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27. Dezember 2017

In das tiefe Innere von Sternen kann man mit herkömmlichen Methoden nicht schauen. Astronomen bedienen sich daher eines speziellen Verfahrens, um mehr über den Aufbau von Sonnen zu erfahren: Sie analysieren die Schwingungen von Sternen. Auf diese Weise ist es einem Forscherteam nun erstmals gelungen, die innere Struktur zweier Sterne zu bestimmen.

Schwingungen

Bis zum Kern: Künstlerische Darstellung des Sterninneren, das sich durch Oszillationen an der Oberfläche erforschen lässt. Bild: Earl Bellinger / ESA [Großansicht]

Unsere Sonne sowie die meisten Sterne zeigen Schwingungen, die sich wie Schallwellen im Inneren des Sterns ausbreiten. Deren Frequenzen finden sich im Licht der Sterne wieder. Ähnlich wie Seismologen auf der Erde aus der Analyse von Erdbeben das Innere unseres Planeten entschlüsseln, ermitteln Astronomen mithilfe von Asteroseismologie aus den Frequenzen der Schallwellen die Eigenschaften von Sternen. Eine detaillierte Analyse dieser Frequenzen ermöglichte es einem Team um Earl Bellinger und Saskia Hekker vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen nun zum ersten Mal, die innere Struktur zweier Sterne zu bestimmen.

Diese beiden Sterne bilden das Doppelsystem 16 Cygni (genannt 16 Cyg A und 16 Cyg B) und sind unserer Sonne sehr ähnlich. "Aufgrund ihrer geringen Entfernung von nur 70 Lichtjahren sind sie relativ hell und damit bestens für unsere Analysemethode geeignet", so Bellinger. "Bisher waren nur Modelle des Sterninneren bekannt. Uns ist es nun gelungen, den inneren Aufbau der Sterne direkt zu messen."

Um das Innere der Sterne zu untersuchen, werden verschiedene Sternentwicklungsmodelle solange angepasst, bis eines am besten zu dem gemessenen Frequenzspektrum passt. Da diese Modelle nicht alle physikalischen Informationen enthalten, unterscheiden sie sich teilweise stark vom tatsächlich beobachteten Frequenzspektrum. Bellinger und Hekker entschieden sich deshalb für das "inverse" Verfahren. Hierbei leiteten sie aus den beobachteten Frequenzen die lokalen Eigenschaften des Sterninneren ab. Diese Methode hängt weniger von theoretischen Annahmen ab, erfordert aber exzellente Messdaten und ist mathematisch anspruchsvoll.

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Die inverse Methode zeigte, dass die Schallgeschwindigkeit in den Zentralbereichen der beiden Sterne größer ist, als von den Modellen vorhergesagt. "Bei 16 Cyg B lassen sich diese Unterschiede durch eine Korrektur der Masse und Größe des Sterns erklären", sagt Bellinger. Für 16 Cyg A war es jedoch nicht möglich ein Modell zu finden, welches zu den gemessenen Beobachtungen passt. Möglicherweise werden bisher unbekannte physikalische Phänomene durch die derzeitigen Entwicklungsmodelle nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt.

"In der frühen Entwicklungsphase des Sterns wurden vermutlich neu entstehende schwere Elemente aus dem Zentralbereich in weiter außen liegende Regionen transportiert, was sich auf die Sternschwingungen auswirkt", so Bellinger weiter. Dieser ersten Strukturanalyse von zwei Sternen sollen weitere folgen. "In den Daten des Weltraumteleskops Kepler finden sich zehn bis zwanzig weitere Sterne, die sich für eine solche Analyse eignen", blickt Hekker in die Zukunft. Sie leitet am Göttinger Max-Planck-Institut die Forschungsgruppe "Das Alter von Sternen und galaktische Entwicklung".

Die NASA-Mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) und das später folgende Weltraumteleskop PLATO (Planetary Transits and Oscillation of stars) der europäischen Weltraumagentur ESA werden zukünftig genauere Messdaten für dieses Forschungsgebiet sammeln. Die inverse Methode liefert neue Erkenntnisse, die dabei helfen sollen, die Sternmodelle in Zukunft zu verbessern. Diese komplexeren Modelle tragen zudem dazu bei, die zukünftige Entwicklung der Sonne sowie anderer Sterne in unserer Galaxie vorherzusagen.

Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.

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Astroseismologie: Der Sound von Alpha Centauri A - 29. Juni 2001
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
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