Die künstlerische Darstellung eines sterbenden sonnenähnlichen Sterns, der einen Exoplaneten verschlingt. (Bildnachweis: Internationales Gemini-Observatorium/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/M. Zamani)
In etwa 5 Milliarden Jahren wird der Sonne der für die Kernfusion benötigte Brennstoff in ihrem Kern ausgehen. Dies wird dazu führen, dass der innere Kern unter der Schwerkraft der Sonne kollabiert. Zu diesem Zeitpunkt blähen sich die äußeren Schichten des Sterns (in denen die Kernfusion noch stattfindet) auf, und der Stern tritt in ein Stadium stellaren Lebens ein, das als Rote-Riesen-Phase bezeichnet wird.
Diese Rote-Riesen-Phase bedeutet für die Planeten des inneren Sonnensystems, einschließlich der Erde, die Zerstörung. Andere Sterne im Universum werden das gleiche Schicksal wie unsere Sonne erleiden, was bedeutet, dass alle Exoplaneten, die in der Nähe dieser anderen Sterne kreisen, ebenfalls von dieser Zerstörung betroffen sein werden.
Astronomen könnten nun jedoch einen Weg gefunden haben, wie die zerstörerische Rote-Riesen-Phase von Sternen konstruktiv genutzt werden kann.
Ein Forscherteam unter der Leitung des EPFL-Wissenschaftlers Richard I. Anderson hat vorgeschlagen, dass die akustischen Schwingungen oder der „Gesang“ roter Riesen unterschiedlichen Alters zur genaueren Messung kosmischer Entfernungen genutzt werden können. So wie Musik die wilde Bestie besänftigen soll, könnte diese himmlische Melodie helfen, ein wildes kosmologisches Problem zu lösen, die sogenannte „Hubble-Spannung“.
„Wir haben herausgefunden, dass die akustischen Oszillationen roter Riesensterne uns verraten, wie wir kosmische Entfernungen am besten messen können, indem wir die Methode Tip of the Red Giant Branch anwenden“, so Anderson in einer Erklärung.
Anderson bezieht sich auf die Position oder den „Zweig“, den rote Riesen in einem Diagramm einnehmen, das das Leben von Sternen beschreibt, dem Hertzsprung-Russell-Diagramm (HR-Diagramm). Die „Spitze des Roten Riesenastes (TRGB)“ ist ein kritischer Punkt, an dem die Kerne roter Riesensterne kollabiert sind und dicht genug werden, um Helium zu entzünden und ihre Aufhellung umzukehren.
Inhaltsübersicht
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Brennende Weltraumnachrichten, die neuesten Updates zu Raketenstarts, Himmelsbeobachtungsevents und mehr!
Mit der Übermittlung Ihrer Daten erklären Sie sich mit den Allgemeinen Geschäftsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden und sind mindestens 16 Jahre alt.
Eine neue Sprosse auf der kosmischen Entfernungsleiter
Astronomen verfügen über eine Vielzahl von Methoden zur Messung großer kosmologischer Entfernungen; diese Methoden sind nützlich, um immer größere Entfernungen abzubilden. Diese Messtechniken bilden zusammen die metaphorischen Sprossen der „kosmischen Entfernungsleiter“, die formell als „extragalaktische Entfernungsskala“ bezeichnet wird.
Die erste Stufe, wenn Sie so wollen, wird mit Hilfe der stellaren Parallaxe gebaut – der Veränderung der scheinbaren Positionen entfernter Sterne, wenn die Erde ihre Position um die Sonne ändert. Mit dieser Technik können Entfernungen gemessen werden, die weit über das Sonnensystem hinausgehen.
Die höchste Sprosse auf der Leiter wird durch die Analyse der Rotverschiebung entfernter Galaxien untersucht. Mit dieser Technik lassen sich Entfernungen von Milliarden von Lichtjahren messen.
Die
Rotverschiebung entsteht, weil das Licht, das sie aussenden und das Milliarden von Jahren braucht, um zu uns zu gelangen, durch die Ausdehnung des Universums gestreckt wird. Diese Verlängerung führt dazu, dass das Licht röter wird und manchmal sogar in den Infrarotbereich übergeht. Aus diesem Grund ist das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), das sehr empfindlich für infrarotes Licht ist, so gut in der Lage, Galaxien im frühen Universum zu erkennen.
Die kosmische Entfernungsleiter kann Kosmologen dabei helfen, die Expansionsrate des Universums zu messen, einen Wert, der zu Ehren des Astronomen Edwin Hubble als Hubble-Konstante bezeichnet wird. Der Grund dafür ist, dass seine Beobachtungen von weit entfernten Galaxien entscheidend dazu beigetragen haben, die Vorstellung zu widerlegen, dass das Universum in einem konstanten Zustand existiert und weder wächst noch schrumpft.
Es gibt jedoch einen Haken in dieser kosmologischen Theorie.
Die verschiedenen Messverfahren der kosmischen Entfernungsleiter stimmen nicht überein, was den Wert der Hubble-Konstante angeht. Dieses Problem ist als „Hubble-Spannung“ bekannt geworden, und die Wissenschaftler glauben, dass das Hinzufügen zusätzlicher Sprossen zur kosmischen Entfernungsleiter helfen könnte, dieses Problem zu lösen.
Eine Illustration der kosmischen Entfernungsleiter, die zur Messung von Entfernungen im Universum verwendet wird (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Das TRGB kann zur Entfernungsmessung verwendet werden, da die Lichtausbeute an diesem Punkt der Entwicklung Roter Riesen weitgehend einheitlich ist. Das bedeutet, dass die Helligkeit von Roten Riesen in unterschiedlichen Entfernungen verglichen werden kann, was eine Messung der Entfernungen zwischen ihnen ermöglicht. Dies macht Rote Riesen am TRGB-Punkt des HR-Diagramms zu etwas, das Astronomen eine „Standardkerze“ nennen.
Hubble-Problem gelöst durch Sterne, die kochen und blubbern?
Um die Verwendung roter Riesen als Standardkerzen zu untersuchen, nutzten Anderson und das Team Daten des Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) und der Gaia-Mission, um rote Riesen in einer Satellitengalaxie der Milchstraße zu untersuchen: Die Große Magellansche Wolke (LMC).
Dies führte zu der überraschenden Entdeckung, dass die Helligkeit von TRGB-Sternen periodisch schwankt. Diese Schwankungen werden durch Schallwellen verursacht, die sich durch die aufgequollenen Sterne ausbreiten, ähnlich wie Erdbeben sich durch die Erde ausbreiten. Solche Schwankungen führen dazu, dass die Sterne oszillieren.
Die Große Magellansche Wolke voller glühender roter Riesensterne (Bildnachweis: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/SMASH/D. Nidever (Montana State University) Bildbearbeitung: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani & Davide de Martin).
Die Astronomen waren sich dieser Oszillationen des Roten Zwerges bereits bewusst, aber der Einfluss der Oszillationen auf Helligkeits- und Entfernungsmessungen war bisher nicht berücksichtigt worden.
Die Oszillationen ermöglichten es dem Team schließlich, das Alter der Roten Riesen zu bestimmen, und das sollte ihre Verwendung als Standardkerzen noch differenzierter machen.
„Jüngere rote Riesensterne in der Nähe des TRGB sind etwas weniger hell als ihre älteren Vettern, und die akustischen Oszillationen, die wir als Helligkeitsschwankungen beobachten, ermöglichen es uns zu verstehen, mit welcher Art von Stern wir es zu tun haben“, so Anderson. „Die älteren Sterne schwingen mit einer niedrigeren Frequenz – so wie ein Bariton mit einer tieferen Stimme singt als ein Tenor!“
Da rote Riesen in allen Galaxien des Universums allgegenwärtig sind, könnte diese Entwicklung zu genaueren kosmischen Entfernungsmessungen beitragen. Könnte sie eines Tages dazu beitragen, die Hubble-Spannung zu mildern?
„Jetzt, da wir das Alter der Roten Riesen, aus denen das TRGB besteht, unterscheiden können, werden wir in der Lage sein, die darauf basierende Messung der Hubble-Konstante weiter zu verbessern“, schloss Anderson. „Solche Verbesserungen werden die Hubble-Konstante weiter auf den Prüfstand stellen und könnten zu bahnbrechenden neuen Erkenntnissen über die grundlegenden physikalischen Prozesse führen, die darüber entscheiden, wie sich das Universum entwickelt.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 7. März in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
