Abenteuer Astronomie

Periodisch auftretende Helligkeitsschwankungen bei der Beobachtung von Sternen machen immer neugierig. Vor allem im Rahmen von Observationen im Wege der sogenannten Transitmethode bergen sie häufig Potential und geben Anlass, eine Vielzahl von Informationen über den Stern herauszulesen. Darüber hinaus erlauben sie vielfältige Rückschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften der bzw. des Exoplaneten.

Vereinfacht dargestellt versteht man unter der auch als  Durchgangsmethode oder Durchgangsbeobachtung bezeichneten Transitmethode die periodische Absenkung der Helligkeit eines Sterns durch seine Bedeckung, die der Vorüberzug eines Planeten des Systems verursacht. Bedingung ist, dass die Umlaufbahn der oder des Exoplaneten aus der Sicht der Erde so orientiert ist, dass wir auf die Kante der Bahnebene blicken. So ist es bei derart orientierten Systemen nicht nur möglich, nicht nur das Alter der Sterne, sondern auch die Größe der sie umkreisenden Planeten zu ermitteln und darüber ihre mögliche Bewohnbarkeit für Leben, wie wir es kennen, abzuleiten.

Allerdings gilt bisher im Hinblick auf die Bestimmung des Durchmessers der Exoplaneten die Einschränkung, dass er nur in Einheiten des Radius des jeweiligen Sterns, also nicht absolut, sondern relativ zum Stern, bestimmt werden kann. Sofern also die Größe des Sterns unbekannt ist, gilt dies gleichfalls auch für die Größenbestimmung des Planeten. Allerdings führen nicht nur Planetentransits zu Helligkeitsschwankungen bei extrasolaren Sonnen. Auch die Strömungsbewegungen des gasförmigen Mediums, die zu einer turbulenten Durchmischen führen,  rufen beobachtbare Helligkeitsunterscheide hervor.

Neu ist nunmehr der Befund, dass sich solche, durch das Phänomen der Konvektion initiierten Differenzen der Helligkeit vortrefflich dazu eigen, die Oberflächengravitation der Sterne mit sehr hoher Genauigkeit zu bestimmen. Da Schwerebeschleunigung, Masse und Radius eines Sterns direkt zusammen hängen, kann man also  auf die Größe des Sterns rückschließen und in weiteren Schritten letztlich auch auf die Größe der ihn umrundenden Planeten, sofern man  die Größe der Schwerkraft auf der Sternoberfläche kennt. Hierbei zeigt sich ein indirekter proportionaler Zusammenhang zwischen den Helligkeitsschwankungen und der Oberflächenbeschleunigung: Je langsamer sich die Helligkeit eines Sterns verändert, desto geringer ist die Gravitation an seiner Oberfläche. Der Charme dieser konvektionsinduzierten Methode liegt darin, dass man mit ihr viel lichtschwächere Sterne (und damit auch quantitativ mehr Sterne) als bisher beurteilen kann.

Lars-C. Depka

Originalarbeit: Precise stellar surface gravities from the time scales of convectively driven brightness variations