Der Stern RS Puppis ist einer der leuchtkräftigsten veränderlichen Cepheidensterne und zeigt einen sechswöchigen Zyklus mit wechselnder Helligkeit.(Bildnachweis: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Hubble/Europe Collaboration)
Neue Forschungsergebnisse bieten die bisher genauesten Messungen pulsierender Cepheidensterne, die Aufschluss über die immense Größe und das Ausmaß unseres Universums geben könnten.
Cepheiden sind eine Art veränderlicher Sterne, die innerhalb eines kurzen Zeitraums heller und dunkler werden und bestimmte Leuchtkraftmuster aufweisen. Dieses rhythmische Verhalten ermöglicht den Astronomen zwar die Berechnung von Entfernungen im Weltraum auf der Grundlage von Veränderungen oder Impulsen in der Helligkeit der Sterne, es kann aber auch dazu führen, dass die Sterne im Allgemeinen schwer zu beobachten sind.
Mithilfe fortschrittlicher Spektrografiebeobachtungen, die zwischen 2010 und 2022 vom Schweizer Euler-Teleskop in Chile und dem flämischen Mercator-Teleskop auf La Palma in Spanien gesammelt wurden, haben Forscher des Projekts Velocities of Cepheids (VELOCE) Hunderte von Cepheiden mit großer Präzision und Konsistenz untersucht.
„Das Verständnis der Natur und der Physik der Cepheiden ist wichtig, weil sie uns Aufschluss darüber geben, wie sich Sterne im Allgemeinen entwickeln, und weil wir auf sie angewiesen sind, um Entfernungen und die Expansionsrate des Universums zu bestimmen“, sagte Richard I. Anderson, ein Astrophysiker und Hauptautor der Studie von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), in einer Erklärung, in der die neue Studie angekündigt wurde.
Die hochauflösenden Spektrographen beider Teleskope ermöglichten es den Astronomen, die Wellenlängen des Sternenlichts zu trennen und zu messen und Helligkeitsverschiebungen zu erfassen. Mit Hilfe des Doppler-Effekts maß das Team dann die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne entlang der Sichtlinie der Teleskope ausdehnen und zusammenziehen, die so genannte Radialgeschwindigkeit.
Die Pulsationen führen zu Änderungen der Sichtliniengeschwindigkeit von bis zu 70 Kilometern pro Sekunde oder etwa 250.000 Kilometern pro Stunde (43 Meilen pro Sekunde oder 155.344 Meilen pro Stunde), erklärte Giordano Viviani, Doktorand an der EPFL und Mitautor der Studie, in der Mitteilung. „Wir haben diese Schwankungen mit einer typischen Genauigkeit von 130 km/h (37 m/s) gemessen, in einigen Fällen sogar mit einer Genauigkeit von 7 km/h (2 m/s), was in etwa der Geschwindigkeit eines schnell gehenden Menschen entspricht“, so Viviani.
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Das VELOCE-Team sammelte mehr als 18.000 hochpräzise Radialgeschwindigkeitsmessungen von 258 Cepheiden und entdeckte dabei zusätzliche, unerwartete Variationen in den Pulsationen der Sterne sowie eine Reihe von Cepheidensternen, die zu einem Doppelsternsystem gehören, in dem sich zwei Sterne gegenseitig umkreisen.
„Dies deutet darauf hin, dass in diesen Sternen kompliziertere Prozesse ablaufen, wie zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Schichten des Sterns oder zusätzliche (nicht-radiale) Pulsationssignale, die die Möglichkeit bieten, die Struktur von Cepheidensternen durch Asteroseismologie zu bestimmen“, sagte Henryka Netzel, Postdoktorandin an der EPFL und Mitautorin der Studie, in der Erklärung.
Diese neuen Daten werden den Astronomen helfen, die Komplexität der Beobachtung pulsierender Cepheiden zu entwirren und zu verstehen, ob die beobachteten Helligkeitsveränderungen der Sterne auf ihre individuelle Struktur zurückzuführen sind oder durch mögliche Wechselwirkungen mit Begleitsternen verursacht werden, die gelegentlich das Licht ihrer stellaren Partner verdunkeln.
„Dieser Datensatz wird als Anker dienen, um Cepheidenbeobachtungen von verschiedenen Teleskopen über die Zeit hinweg zu verknüpfen und hoffentlich weitere Studien der Gemeinschaft anzuregen“, so Anderson in der Erklärung.
ihre Ergebnisse wurden in der diesjährigen Juni-Ausgabe der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht
