Eine Illustration zeigt das Weltraumteleskop Gaia bei der Beobachtung eines Doppelsternsystems (Bildnachweis: SALT/ESA)
Einige Trends aus den 90er Jahren haben ein sehr willkommenes Comeback gefeiert, andere braucht niemand mehr zu sehen. Im Gegensatz zu gefrosteten Zigarettenspitzen, ausgebeulten Tie-Dye-Hemden, Festnetztelefonen und Pogs, die (hoffentlich?) auf den Müllhaufen geworfen wurden, erweisen sich Doppelsterne wieder als studierenswert. Und das keinen Moment zu früh.
Kurzum, Doppelsterne sind für das Verständnis der Sternentwicklung von entscheidender Bedeutung. Sie können auch unser Verständnis für exotische astrophysikalische Phänomene verbessern, wie die Supernova-Explosionen, die die Geburt von Schwarzen Löchern und Neutronensternen markieren. Dennoch wurde die Erforschung von Doppelsternsystemen viele Jahre lang so vernachlässigt wie das alte Tamagotchi in Ihrer Schublade.
Der Forscher Kareem El-Badry vom Harvard und Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) bestätigt dankenswerterweise, dass jetzt eine Renaissance der Doppelsternforschung im Gange ist.
„Ich glaube, viele Astronomen betrachteten Binäre als eine Art gelöstes Problem und weniger aufregend als andere Bereiche der Astrophysik, wie Galaxienbildung, Kosmologie oder Exoplaneten“, sagte El-Badry gegenüber kosmischeweiten.de. „Es ist ein altes Gebiet, und nach 200 Jahren Forschung schien es vor etwa 15 Jahren, dass die meisten wichtigen Fragen beantwortet sind. Jetzt kommen die Doppelsterne stärker zurück als ein Trend aus den 90er Jahren!“
Er führt das Comeback der Doppelsterne auf ein Jahrzehnt kosmischer Daten zurück, die mit dem Weltraumteleskop Gaia der Europäischen Weltraumorganisation gesammelt wurden.
Gaia startete 2013 mit dem Ziel, detaillierte Messungen von einer Milliarde Sternen in der gesamten Milchstraßengalaxie und darüber hinaus zu erstellen. Durch die Kartierung der Bewegungen, Helligkeiten, Temperaturen und Zusammensetzungen dieser Sterne soll Gaia das präziseste dreidimensionale Modell unseres kosmischen Hinterhofs erstellen, das es je gab.
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Der letzte Datenabwurf von Gaia fand am 10. Oktober 2023 statt und enthielt Daten über 1,8 Milliarden Sterne. Dies war jedoch nur ein Vorgeschmack auf die vierte große Datenausgabe des Weltraumteleskops, die als Gaia Data Release 4 (DR4) bezeichnet wird. Gaia verdankt seine Leistungsfähigkeit einer Technik namens „Astrometrie“, die geradezu maßgeschneidert ist für die Untersuchung von Sternen mit Begleitern.
„Die Astrometrie misst die Entfernungen zu den Sternen und erkennt ihr ‚Wackeln‘ am Himmel, das durch binäre Begleiter verursacht wird“, sagte El-Badry. „Die schiere Menge des Gaia-Datensatzes bedeutet, dass er viele Dinge enthält, die wir noch nie zuvor gesehen haben: Gaia hat uns bereits Bahnlösungen für etwa 50 Mal mehr Doppelsterne geliefert als alle bisherigen Missionen.“
Eine Illustration des Weltraumteleskops Gaia, das ein neues Interesse an Doppelsternen geweckt hat. (Bildnachweis: ESA)
Wenn zwei eins werden
Trotz unserer Vertrautheit mit (und unserer verständlichen Vorliebe für) Einsternsysteme, die wir der Tatsache verdanken, dass wir einen so einsamen Himmelskörper umkreisen, sind Doppelsternsysteme in der Milchstraße häufiger, als man denkt. Etwa 50 % der Sterne in der Größenordnung der Sonne haben einen Doppelsternpartner, und dieser Anteil steigt bei massereicheren Sternen auf etwa 75 %.
„Mehr als die Hälfte aller Sterne sind Doppelsterne!“ sagte El-Badry. „Wenn man also die Entwicklung ‚typischer‘ Sterne verstehen will, muss man die Anwesenheit von Begleitern berücksichtigen.“
Diese Doppelsternsysteme bieten Wissenschaftlern die Möglichkeit, Phänomene zu untersuchen, die bei Einzelsternen, wie der Sonne, nicht zu beobachten sind. Dazu gehören die Vorgänge während des Massentransfers von einem Stern zu seinem binären Partner und Ereignisse, die dazu führen, dass ein Stern aus einem Doppelsternsystem herausgeschleudert wird. Die Systeme können uns auch dabei helfen zu verstehen, was passiert, wenn sich Sterne spiralförmig zusammenschließen und zu einem verschmelzen.
Gaia-Daten können im Allgemeinen auch die Arten von Entfernungen aufzeigen, in denen Doppelsterne einander umkreisen, selbst wenn diese Entfernungen sehr groß sind, und liefern ein besseres Bild über einen größeren Bereich von Doppelsternen als andere Missionen.
„Doppelsterne geben uns die Möglichkeit, die Sternmassen direkt über die Gravitationswirkung der Sterne aufeinander zu messen, was wir sonst nicht tun können“, erklärte El-Badry. „Es hat sich gezeigt, dass es eine Überpopulation von Doppelsternen gibt, bei denen die beiden Sterne fast genau die gleiche Masse haben, selbst wenn sie um das Hundert- bis Tausendfache der Entfernung zwischen Erde und Sonne voneinander getrennt sind.“
Gaia hat jedoch nicht nur durch die Anzahl der aufgedeckten Doppelsterne einen großen Einfluss gehabt. Die ESA-Sonde hat uns auch bessere Schätzungen der Entfernungen von Doppelsternen insgesamt ermöglicht, was laut El-Badry zuvor ein „großes Hindernis“ in der Astrophysik war.
Ein „normaler“ Stern befindet sich in einem Doppelsternsystem mit einem Schwarzen Loch, dessen Masse vom ersteren zum letzteren folgt (Bildnachweis: ICRAR)
Gaia-Daten können uns auch etwas über Doppelsternsysteme sagen, in denen ein Stern von etwas Exotischerem umkreist wird, wie einem Weißen Zwerg, einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Diese Systeme senden Gravitationswellen aus, wenn sich ihre Bestandteile spiralförmig umeinander drehen.
„Binäre Systeme ermöglichen es uns auch, dunkle Objekte wie Schwarze Löcher, die wir sonst nicht sehen könnten, über ihre Gravitationswirkung auf leuchtende Begleiter aufzuspüren“, sagte El-Badry und fügte hinzu, dass dies den Astronomen helfen könnte, besser zu verstehen, wie häufig normale Sterne einen Begleiter in Form eines Schwarzen Lochs haben und wie diese extrem exotischen Systeme entstehen konnten.
Diese Renaissance in der Erforschung von Doppelsternsystemen kommt zum richtigen Zeitpunkt, denn sie fällt mit dem neu entfachten Interesse zusammen, zu verstehen, wie sich diese Systeme gebildet haben – ein Interesse, das durch die jüngsten Entdeckungen von Gravitationswellen aus verschmelzenden Schwarzen Löchern und Neutronenstern-Doppelsternsystemen ausgelöst wurde.
Die Zukunft sieht für Doppelsterne rosig aus, und El-Badry hofft sogar, dass einige Trends aus den 90er Jahren eines Tages einen ähnlichen Aufschwung erleben könnten.
„Ich hoffe, dass Klapphandys, der Verzicht auf das Schreiben von E-Mails und die Spice Girls ein Comeback feiern werden“, so der CfA-Forscher. „Ich bin weniger scharf darauf, dass Low-Rise-Jeans und die Gleichsetzung von lockigem Haar mit ‚hässlich sein‘ in jedem Teenager-Film zurückkehren.“
Der Bericht von
El-Badry über zehn Jahre Gaia-Daten von Doppelsternsystemen ist auf der Website arXiv veröffentlicht.
