Pressemitteilung

Der seltsame Fall des verschollenen Zwerges

Das neue Instrument SPHERE zeigt sein Können

18. Februar 2015

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].

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.

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-Envelope-Doppelsterne 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.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von A. Hardy et al. erscheinen am 18. Februar 2015 unter dem Titel "The First Science Results from SPHERE: Disproving the Predicted Brown Dwarf around V471 Tau" in den Astrophysical Journal Letters .

Die beteiligten wissenshcaftler sind A. Hardy (Universidad Valparaíso, Valparaíso, Chile; Millennium Nucleus "Protoplanetary Disks in ALMA Early Science", Teil des Millennium Science Initiative Program, Universidad Valparaíso), M.R. Schreiber (Universidad Valparaíso), S.G. Parsons (Universidad Valparaíso), C. Caceres (Universidad Valparaíso), G. Retamales (Universidad Valparaíso), Z. Wahhaj (ESO, Santiago de Chile), D. Mawet (ESO, Santiago de Chile), H. Canovas (Universidad Valparaíso), L. Cieza (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile; Universidad Valparaíso), T.R. Marsh (University of Warwick, Coventry, Großbritannien), M.C.P. Bours (University of Warwick), V.S. Dhillon (University of Sheffield, Sheffield, Großbritannien) und A. Bayo (Universidad Valparaíso).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1506.