Doppelsterne

Warum so Sirius?

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In den Wintermonaten, wenn Orion hoch in den Himmel steigt, leuchtet südöstlich von ihm ein strahlender Stern. Auch wenn die drei Sterne in Orions Gürtel nicht zufällig fast genau darauf zeigten, würde man es bemerken. Schließlich ist Sirius der hellste Stern am Nachthimmel.

Das scheinbar hellster Stern, sollte ich pedantisch hinzufügen. Das liegt zum Teil an seiner intrinsischen Leuchtkraft (sie strahlt etwa 25-mal so viel Energie ab wie die Sonne), aber noch wichtiger, sie ist nah: Mit einer Entfernung von 8,6 Lichtjahren ist sie das siebtnächste Sternensystem zur Sonne.

Und ja, es ist ein System. Eine binäre , deutlich sein; ein Paar Sterne, die sich umkreisen. Der Stern, den wir mit unseren Augen sehen, heißt Sirius A. Der Begleiter, Sirius B, ist ein weißer Zwerg , dem kleinen und dichten Kern eines einst normalen Sterns, dem aber der Kernbrennstoff ausgegangen ist und seine äußeren Schichten abgesprengt wurden. Es ist im sichtbaren Licht sehr schwach, ungefähr ein Zehntausendstel der Helligkeit von A. Das macht es relativ schwer zu sehen, und es wurde erst 1862 entdeckt. Seine Existenz wurde zuvor vermutet; Sorgfältige Messungen zeigten schon damals, dass Sirius eine winzig kleine Menge am Himmel zu wackeln schien. Es stellte sich heraus, dass dies an der Schwerkraft von Sirius B lag, die an A zerrte, während sie sich umkreisten.



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In den mehr als 150 Jahren seitdem haben wir viel über das Paar gelernt, aber was ich interessant finde, ist das präzise Messungen waren wahnsinnig schwer fassbar. Sirius A ist so viel heller als B, dass es sich sogar als schwierig erwiesen hat, ihren Abstand voneinander zu messen. Jedes Foto, auf dem B belichtet ist, überbelichtet A bis zur Unbrauchbarkeit.

Hubble-Bild von Sirius A (Mitte, duh) und B (links unten); A ist ungefähr 10.000 mal heller. Kredit: NASA, ESA, H. Bond (STScI) und M. Barstow (Universität Leicester)Hineinzoomen

Hubble-Bild eines der sonnennächsten Doppelsterne: Sirius A (Mitte) und sein weißer Zwerg-Begleiter B (unten links); A ist ungefähr 10.000 mal heller. Kredit: NASA, ESA, H. Bond (STScI) und M. Barstow (Universität Leicester)

Schwierig, aber nicht unmöglich. Ein Team von Astronomen unter der Leitung meines alten Freundes und Kollegen Howard Bond untersucht Sirius seit geraumer Zeit. Sie beobachten Sirius seit fast 20 Jahren mit dem Hubble-Weltraumteleskop, um genaue Messungen der Positionen der beiden Sterne zu erhalten, während sie sich umkreisen. Sie koppelten das mit Messungen des U.S. Naval Observatory, die bis ins Jahr 1956 zurückreichen … und nicht nur das, sie nutzten sogar Beobachtungen von so weit zurück wie 1862!

Mit all diesen Informationen, Sie haben es endlich geschafft, ein stimmiges Bild der beiden Stars zusammenzusetzen , wie sie sich umkreisen, was ihre physikalischen Eigenschaften sind und vielleicht am interessantesten, was ihre Geschichte ist.

Physikalisch stellen sie fest, dass Sirius A die 2,06-fache Sonnenmasse hat und der Weiße Zwerg Sirius B eine Masse von 1,018 Sonnenmassen hat. Alles in Ordnung und gut, aber es sind die Größen der Stars, die erstaunlich sind. Sie stellen fest, dass Sirius A einen Durchmesser hat, der das 1,7144-fache der Sonne beträgt – massereichere Sterne sind größer, das macht also Sinn –, aber Sirius B hat einen Durchmesser von nur 0,008098 des Sonnendurchmessers! Das macht sie etwa 11.270 Kilometer breit: Kleiner als die Erde!

Sirius B hat die Masse der Sonne, aber die Größe der Erde. Zum Vergleich: Die Sonne ist über 100-mal breiter als die Erde. Bildnachweis: ESA und NASAHineinzoomen

Der uns am nächsten gelegene Weiße Zwerg, Sirius B, hat die Masse der Sonne, aber die Größe der Erde. Zum Vergleich: Die Sonne ist über 100-mal breiter als die Erde. Kredit: ESA und NASA

Das ist ein dichter Stern. Ein Kubikzentimeter davon (die Größe eines sechsseitigen Würfels) hätte eine Masse von 2,7 Tonnen . Stellen Sie sich vor, Sie nehmen einen voll beladenen Pickup und zerkleinern ihn auf die Größe eines Zuckerwürfels, und Sie erhalten das Bild. Um fair zu sein, wir wissen das seit Jahrzehnten, aber diese neuen Messungen sind die genauesten, die jemals gemacht wurden. Sie werden uns helfen, die Physik der Sterne besser zu verstehen als je zuvor.

Tatsächlich ermöglichten diese genauen Messungen der Massen, Größen, Farben und des chemischen Gehalts der Sterne den Astronomen, physikalische Modelle zu verwenden, um das Alter der Sterne zu berechnen. Sirius A ist etwa 237 – 247 Millionen Jahre alt, während Sirius B 228 Millionen Jahre alt ist. Die Unsicherheiten in beiden Messungen sind groß genug (10 Millionen Jahre oder so), dass diese Schätzungen erwartungsgemäß miteinander übereinstimmen. Wir können davon ausgehen, dass sie zusammen geboren wurden.

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Umlaufbahn von Sirius B

Die Umlaufbahn von Sirius B um A wurde mit Hubble-Beobachtungen seit 1997 bestimmt (in Wirklichkeit umkreisen sie einander, aber dies wird relativ zu A gezeigt). Die vertikale Achse ist am Himmel Nord/Süd und die Horizontale ist Ost/West. Die roten Punkte sind die gemessenen Positionen und die blauen Kreise sind die Positionen gleichzeitig mit der berechneten Umlaufbahn. Kredit: Bondet al.

Interessant ist auch die Umlaufbahn der beiden Sterne. Sie kreisen alle 50,1284 Jahre umeinander und haben einen Abstand von 1,2 Milliarden bis 4,7 Milliarden Kilometern auf einer offensichtlich stark elliptischen Umlaufbahn. Das letzte Mal waren sie Mitte 1994 am engsten beieinander (das sogenannte Periastron). Sie sind jetzt so weit voneinander entfernt wie nie zuvor.

Und das Teil führt zu etwas sehr Interessantem in der Tat! Sirius B ist der ausgebrannte Kern eines Sterns, der einst der Sonne sehr ähnlich war, wenn auch massereicher. Es begann wahrscheinlich als ein Stern mit 5,6 Sonnenmassen, Platziere es in den oberen Rängen der normalen Stars . Vor etwa 130 Millionen Jahren ging ihm in seinem Kern der nutzbare Wasserstoff aus, um zu Helium zu fusionieren. Er schwoll zu einem Roten Riesen an, blies seine äußeren Schichten ab und schließlich blieb nur noch sein dichter, träger Kern übrig – der Weiße Zwerg, den wir heute sehen.

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Aber diese rote Riesenbühne führt uns zu einem Rätsel. Bei dieser Messe wäre Sirius B angeschwollen Grundstück . Es hätte 450 bis 500 Millionen Kilometer im Durchmesser sein können – dreimal so groß wie der Abstand der Erde zur Sonne! Aber das ist seltsam: Damals wäre der Periastronabstand zwischen Sirius A und B kleiner gewesen als der Radius von Sirius B. Mit anderen Worten, als Sirius B ganz angeschwollen war, Sirius A wäre drin gewesen!

Diese Art von Sternen hat man schon einmal gesehen; wir nennen sie Kontakt-Binärdateien. Normalerweise sind es zwei Sterne, die eine einzige, erdnussförmige Atmosphäre teilen, aber in diesem Fall wäre A wirklich in B . gewesen*. Dies wird technisch als bezeichnet gemeinsame Hüllkurvenphase eines engen binären Systems. Aber es hat Konsequenzen. Wenn die beiden Sterne beispielsweise mit einer elliptischen Umlaufbahn beginnen, wird diese Phase sie zirkularisieren schnell . Doch jetzt ist die Umlaufbahn der beiden Sterne stark verlängert. Das ist seltsam. Tatsächlich wurden auch andere binäre Systeme so gesehen, und es ist überhaupt nicht klar, warum oder wie die Umlaufbahnen nach der gemeinsamen Hüllphase elliptisch bleiben.

Ich liebe das, um ehrlich zu sein. Wie oft habe ich Sirius mit meinen eigenen Augen, durch ein Fernglas, durch ein Teleskop gesehen? Hunderte? Tausende, sicherlich. Doch obwohl er der hellste Stern am Nachthimmel ist, trotz seiner Nähe, trotz Zehntausender Beobachtungsstunden von Sirius auf der ganzen Welt und im Laufe der Geschichte, bleiben Geheimnisse um ihn. Über Ihnen .

Ach, Wissenschaft. Ich kann deiner nie müde werden, denn es gibt immer mehr zu wissen. Immer.

*Denken Sie daran, wir nennen den helleren Stern eines Doppelsterns A und den dunkleren einen B. Damals. B wäre A gewesen und A wäre B gewesen. Aber das war lange bevor Menschen die Erde betraten und Teleskope bauten. Außerdem wären diese Sterne damals auf der anderen Seite der Galaxie von uns gewesen. Die Zeit verändert die Dinge.



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