Lichtablenkung eines Sterns durch einen anderen gemessen – zum ersten Mal

Der Doppelstern Stein 2051 auf einem Bild der Hubble-Kamera WFC3 am 1.Oktober 2013, dazu die "Bahn" der blauen Komponente - eines Weißen Zwergs - am Himmel durch seine Eigenbewegung wie die Bahn der Erde um die Sonne (Parallaxe): Sie würde ihn so nahe an einem Hintergrundstern ("source") vorbei führen, dass die Schwerkraft des Weißen Zwergs dessen Licht spürbar ablenkte. [NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)]

Die Ablenkung des Lichts ferner Sterne durch Körper im Sonnensystem – namentlich die Sonne und den Jupiter – wird schon seit fast hundert Jahren beobachtet. Aber dank einer glücklichen kosmischen Konstellation und der Sehschärfe des Hubble Space Telescope konnte dieser Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie jetzt erstmals auch durch einen anderen Stern im Vordergrund, einen Weißen Zwerg, beobachtet werden. Wodurch die direkte Bestimmung von dessen Masse möglich wurde – die erfreulicherweise präzise der theoretischen Erwartung entsprach.

Zum 98. Mal hat sich gerade jene totale Sonnenfinsternis gejährt, bei der zwei Expeditionen zum ersten Mal die Ablenkung von Sternlicht in der Nähe der Sonne nachweisen und damit eine Vorhersage der noch ganz frischen Allgemeinen Relativitätstheorie bestätigen konnten: Die scheinbare Position des Sterns verschiebt sind, um nach der Passage der Vordergrundmasse wieder an den Urprungsort zurück zu kehren. Seither ist dieser Effekt viele Male beobachtet worden, auch an anderen massereichen Himmelskörpern des Sonnensystems wie dem Jupiter – und nun ist diese spezielle Variante einer Gravitationslinse auch mit zwei Sternen als Akteuren beobachtet worden. Wie soeben parallel auf der zuvor schon mit einem anderen Linsen-Phänomen aufgefallenen Astrophysiker-Tagung in Texas und einer Fachveröffentlichung berichtet wurde, hat das Hubble Space Telescope 2014 die Verschiebung eines Hintergrundsterns um 2 Millibogensekunden messen können, als der mit nur 17 Lichtjahren Entfernung sechstnächste bekannte Weiße Zwerg Stein 2051B dicht an der Sichtlinie vorbei zog. 24 andere Sterne im Bildfeld verschoben sich nicht.

Der mit einem fernen Begleiter (einem roten Zwerg) durch den Raum ziehende Sternenrest beschreibt aus Sicht der Erde – dass sich Hubble in einer Umlaufbahn um dieselbe befindet, macht bei diesem Abstand keinen Unterschied – eine Schlangenlinie am Himmel: Die unterschiedlichen Bahnen von Stern und Sonne in der Milchstraße sorgen für den allgemeinen Trend von 2,4″/Jahr, die Bewegung der Erde um die Sonne für die periodische seitliche Variation. Dank einer Liste vom 5000 ‘schnellen’ Sternen und einem gigantischen Sternkatalog war die baldige zufällige Begegnung zweier Sterne mit nur 1/10 Bogensekunde Abstand rechtzeitig entdeckt worden, auch wenn der Hintergrundstern mit 18. Größe 400-mal schwächer sein und zudem der rote Begleiter blenden würde. Trotzdem gelang während der Passage die Messung der leichten und der Relativitätstheorie folgenden Lichtablenkung des fernen Sterns, was wiederum eine direkte Massenbestimmung des Weißen Zwergs erlaubt: 0,68±0,05 Sonnenmassen. Das ist erfreulich, denn die Standard-Entwicklungstheorie der Weißen Zwerge – auch die Sonne wird einmal so enden – hatte genau diesen Wert erwarten lassen. Und in der Stellar-Theorie ist man immer froh, eine derart konkrete Messung einer Schlüsselgröße zu haben: Sonst lassen sich die Massen Weißer Zwerge nur aus Doppelsternen ableiten, was systematische Fehler haben kann.

LINK:

HST Press Release: http://hubblesite.org/news_release/news/2017-25

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