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04. Dec 2020

Der seltsame Fall des verschollenen Zwerges

Das neue Instrument SPHERE zeigt sein Können

Bislang gingen Astronomen davon aus, dass ein Brauner Zwerg den ungewöhnlichen Doppelstern V471 Tauri begleitet. Das neue Instrument SPHERE am Very Large Telescope der ESO hat ihnen den nun bisher besten Blick auf die Umgebung dieses faszinierenden Objekts geliefert und sie fanden — nichts. Das überraschende Fehlen dieses mit großer Sicherheit vorhergesagten Braunen Zwerges bedeutet, dass die herkömmliche Erklärung für das merkwürdige Verhalten von V471 Tauri falsch sein muss. Das unerwartete Ergebnis wird in der ersten Veröffentlichung überhaupt beschrieben, die auf Beobachtungen von SPHERE beruht.

Manche Sternpaare bestehen aus zwei normalen Sternen mit nur geringfügig unterschiedlichen Massen. Wenn der Stern mit der etwas höheren Masse altert und sich ausdehnt, um zu einem Roten Riesen zu werden, geht Materie von diesem Stern zum anderen über und umgibt schließlich beide Sterne mit einer riesigen gasförmigen Hülle. Sobald sich diese Wolke auflöst, nähern sich beide Sterne einander an und es entsteht ein sehr kompaktes Paar aus einem Weißen Zwerg und einem zusätzlichen gewöhnlichen Stern [1].

Das SPHERE-Instrument ist hier kurz nach seiner Anbringung am VLT-Hauptteleskop 3 der ESO zu sehen. Das Instrument selbst ist der schwarze Kasten, der sich auf der Plattform an der Seite des Teleskops befindet. Image credit: ESO/J. Girard

Das SPHERE-Instrument ist hier kurz nach seiner Anbringung am VLT-Hauptteleskop 3 der ESO zu sehen. Das Instrument selbst ist der schwarze Kasten, der sich auf der Plattform an der Seite des Teleskops befindet. Image credit: ESO/J. Girard

Ein solches Sternpaar trägt den Namen V471 Tauri [2]. Es ist Teil des Sternhaufens der Hyaden im Sternbild Stier und schätzungsweise um die 600 Millionen Jahre alt und etwa 163 Lichtjahre von der Erde entfernt. Beide Sterne liegen sehr dicht beieinander und umkreisen sich gegenseitig alle 12 Stunden. Zweimal pro Umrundung zieht ein Stern von der Erde aus gesehen vor dem anderen vorbei — was zu regelmäßigen Änderungen in der Helligkeit des Sternpaares führt, da sie sich gegenseitig verdunkeln.

Das Team um den Astronomen Adam Hardy von der Universidad Valparaíso in Chile verwendete zunächst das ULTRACAM-System am New Technology Telescope der ESO, um diese Helligkeitsänderungen sehr präzise zu vermessen. Die Zeiten der Verfinsterungen wurden dabei mit einer Genauigkeit von unter zwei Sekunden bestimmt.

Die Verdunklungszeiten waren zwar nicht gleichmäßig, konnten aber mit der Annahme, dass es einen Braunen Zwerg gibt, der beide Sterne umkreist und dessen Anziehungskraft die Umlaufbahn der Sterne stört, gut erklärt werden. Sie fanden ebenso Hinweise auf ein zweites kleineres Begleitobjekt.

Dieses Bild zeigt die Himmelsregion um den unwöhnlichen Doppelstern V471 Tauri. Das Objekt selbst ist als unauffällig scheinender Stern mittlerer Helligkeit in der Mitte des Bildes zu sehen. Dieses Bild wurde aus Aufnahmen des Digitized Sky Survey 2 zusammengesetzt. Image credit: ESO/Digitized Sky Survey 2

Dieses Bild zeigt die Himmelsregion um den unwöhnlichen Doppelstern V471 Tauri. Das Objekt selbst ist als unauffällig scheinender Stern mittlerer Helligkeit in der Mitte des Bildes zu sehen. Dieses Bild wurde aus Aufnahmen des Digitized Sky Survey 2 zusammengesetzt. Image credit: ESO/Digitized Sky Survey 2

Bis heute ist es allerdings unmöglich gewesen, einen lichtschwachen Brauen Zwerg mit so geringem Abstand zu viel helleren Sternen tatsächlich abzubilden. Das neu installierte SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO erlaubte den Astronomen zum ersten Mal genauer an die Stelle zu schauen, an der sie Begleiter in Form einen Braunen Zwerges erwarteten. Gesehen haben sie allerdings nichts, obwohl die hochauflösenden Bilder von SPHERE ihn leicht hätten enttarnen sollen [3].

Es gibt viele Veröffentlichungen, in denen die Existenz solcher zirkumbinären Objekte angenommen wird, aber die Ergebnisse hier liefern einen vernichtenden Beweis gegen diese Hypothese“, merkt Adam Hardy an.

Wenn es kein umlaufendes Objekt gibt, was verursacht dann die merkwürdigen Änderungen in der Umlaufbahn des Doppelsterns? Mehrere Ansätze wurden vorgeschlagen und während einige bereits ausgeschlossen werden konnten, wäre es möglich, dass dieser Effekt durch Veränderungen im Magnetfeld des größeren der beiden Sterne verursacht wird [4], ähnlich kleineren Veränderungen, die bei der Sonne beobachtet werden können.

Eine Untersuchung wie diese war seit Jahren notwendig, aber konnte erst mit dem Aufkommen solch leistungsstarker neuer Instrumente wie SPHERE möglich gemacht werden. So funktioniert Wissenschaft: Beobachtungen mit neuer Technologie können frühere Ideen entweder bestätigen oder widerlegen, wie es hier der Fall war. Für dieses tolle Instrument ist dies ein großartiger Start ins Beobachtungsleben“, fasst Hardy zusammen.

Endnoten

[1] Solche Doppelsternsysteme bezeichnet man auch als Post-Common-EnvelopeDoppelsterne bekannt.

[2] Der Name bedeutet, dass das Objekt der 471. in seiner Helligkeit veränderliche Stern ist, der im Sternbild Stier bestimmt wurde. Wie genauere Untersuchungen zeigen, kommen die Helligkeitsänderungen in diesem Fall durch die Doppelnatur des Systems zustande.

[3] Die Bilder von SPHERE sind so hochauflösend, dass sie in der Lage wären, einen Begleiter wie einen Braunen Zwerg zu finden, der 70.000 mal lichtschwächer als der Hauptstern und nur 0.26 Bogensekunden von ihm entfernt ist. Der in diesem Fall erwartete Begleiter in Form eines Braunen Zwerges wurde als viel heller vorhergesagt.

[4] Dieser Effekt wird als Applegate-Mechanismus bezeichnet und führt zu regelmäßigen Änderungen in der Form des Sterns, welche wiederum zu Veränderungen in der scheinbaren Helligkeit des Doppelsterns führt, wie sie von der Erde aus erscheint.

*Source: Die Europäische Südsternwarte (European Southern Observatory, ESO)

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