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Die Zukunft unserer Sonne in anderen Sternen sehen

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Seit mehr als 400 Jahren haben Astronomen, Amateure wie auch Professionelle, ein besonderes Interesse an der Beobachtung von Mira Sternen, einer Klasse von veränderlichen Roten Riesen, die berühmt sind für ihr Pulsieren, dass 80-1000 Tage andauert und ihre scheinbare Helligkeit um den Faktor 10, während einem Zyklus, variieren lässt.

Ein internationales Team von Astronomen geleitet von Guy Perrin vom Paris Observatory/LESIA (Meudon, France) und Stephen Ridgway von der National Optical Astronomy Observatory (Tucson, Arizona, USA) haben interferrometrische Techniken benutzt, um die nähere Umgebung von 5 Mira Sternen zu beobachten. Sie waren sehr überrascht, als sie herausfanden, dass die Sterne von einer nahezu transparenten Hülle aus Wasserdampf und möglicherweise Kohlenmonoxid und anderen Molekülen umgeben waren. Diese Hülle lässt die Sterne trügerisch groß erscheinen. Indem sie diese Schicht mit dem kombinierten Licht von mehreren Teleskopen durchdrangen, fanden die Forscher heraus, dass Mira Sterne nur halb so groß sind, wie bisher angenommen.

"Diese Entdeckung hat die Unregelmäßigkeiten zwischen Beobachtungen der Größe der Mira Sterne und den Modellen, die ihre Zusammensetzung und Pulsieren aufgelöst. Von nun an passt beides zusammen" erklärt Ridgway. "Das korrigierte Bild ist, dass Mira Sterne sehr leuchtstarke, relativ normale Sterne, aus dem Zweig der asymptotischen Riesen sind, die allerdings eine resonante Pulsfrequenz haben, die ihre starke Veränderlichkeit hervorruft."

Mira Sterne sind besonders interessant, weil sie von ähnlicher Größe sind wie die Sonne und auch ein gleiches, spätes Stadium der Entwicklung durchmachen, wie alle Sterne von dieser Größe, also auch unsere Sonne, es erleben. Daher zeigen uns diese Sterne das Schicksal der Sonne in 5 Milliarden Jahren. Wenn solch ein Stern, inklusive seiner ihn umgebenden Hülle, an der Stelle der Sonne in unserem Sonnensystem stände, würde seine dampfige Hülle sich bis weit über den Orbit des Mars hinaus ausdehnen.

Obwohl sie sehr groß im Durchmesser sind (bis hin zu einigen hundert Sonnen Radien), sind Rote Riesensterne nur als punktförmige Objekte für das menschliche Auge zu sehen und selbst die größten Teleskope können ihre Oberfläche nicht unterscheiden. Dies kann dadurch erreicht werden, indem man die Signale von verschiedenen Teleskopen kombiniert und eine Technik namens "Astronomische Interferometrie" benutzt, die es ermöglicht, sehr kleine Details in den näheren Umgebungen von Mira Sternen zu untersuchen. Die Bilder von den beobachteten Sternen können dann im Idealfall rekonstruiert werden.

Mira Sterne wurden nach dem ersten Bekannten solcher Objekte benannt, Mira oder auch Omicron Ceti genannt. Eine mögliche Erklärung für ihre signifikante Veränderlichkeit ist der große Anteil an Material, der Staub und Moleküle beinhaltet, der während einem Zyklus produziert wird. Dieses Material blockiert viel von der austretenden, stellaren Strahlung, bis es dann durch die Expansion verdünnt wird. Die nahe Umgebung von Mira Sternen ist daher sehr komplex und die Eigenschaften des zentralen Objekts sind schwer zu beobachten.

Um die nahe Umgebung solcher Sterne zu beobachten, hat das Team, geleitet von Perrin und Ridgway, Beobachtungen am Infrared-Optical Telescope Array (IOTA) of the Smithsonian Astrophysical Observatory in Arizona durchgeführt. IOTA ist ein "Michelson stellar interferometer" mit zwei Armen, die ein L-Förmiges Array bilden. Es arbeitet mit drei Kollektoren, die auf verschiedene Positionen auf den Armen gebracht werden können. In der aktuellen Studie wurden Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen durchgeführt, indem verschiedene Teleskopabstände von 10 bis hin zu 38 Metern genutzt wurden.

Aus diesen Beobachtungen konnte das Team die Variation in der stellaren Helligkeit, über die Oberfläche der Sterne, rekonstruieren. Zum Vergleich: Bei Mondentfernung würde dies die Beobachtung von Eigenschaften bis hinunter zu 20 Metern bedeuten.

Die Beobachtungen wurden bei Wellenlängen nahe dem Infraroten gemacht, die von besonderem Interesse sind, bei der Untersuchung von Wasserdampf und Kohlenmonoxid. Die Rolle die diese Moleküle spielen wurde vor einigen Jahren von dem Team vermutet und unabhängig davon durch Beobachtungen mit dem Infrared Space Observatory bestätigt. Die neuen Untersuchungen mittels IOTA zeigen ganz klar, dass Mira Sterne von einer molekularen Schicht aus Wasserdampf und zumindestens in einigen Fällen Kohlenmonoxid umrundet sind. Diese Schicht hat eine Temperatur von ca. 2.000 K und dehnt sich bis zu ungefähr einem stellaren Radius über die Photosphäre aus, was ungefähr 50% des Radius der beobachteten Mira Sterne ist.

Frühere interferometrische Untersuchungen von Mira Sternen führten zu Schätzungen von Sternendurchmessern, die durch die Präsenz der molekularen Schicht zustande kamen und daher viel zu hoch angesetzt waren. Diese neuen Resultate zeigen, dass Mira Sterne ca. halb so groß sind wie vorher angenommen wurde.

Die neuen Beobachtungen werden von dem Team im Rahmen eines Modells interpretiert, dass die Lücke zwischen Beobachtung und Theorie schließt. Der Raum zwischen der Sternenoberfläche und der molekularen Schicht beinhaltet sehr wahrscheinlich Gas, wie eine Atmosphäre, ist aber relativ transparent bei den beobachteten Wellenlängen. Im sichtbaren Licht ist die Schicht eher undurchlässig. Im Infraroten ist sie dünn und man kann den Stern dahinter sehen.

Dieses Modell ist das erste, dass die Struktur der Mira Sterne über einen weiten Spektralbereich hinweg, vom sichtbaren bis hin zum mittleren infraroten, erklärt, und dabei mit den theoretischen Eigenschaften der Pulsfrequenz in Einklang steht. Das Vorhandensein einer Schicht von Molekülen weit über der Sternenöberfläche ist jedoch recht mysteriös. Die Schicht ist zu hoch und dicht um nur durch atmosphärischen Druck unterstützt zu werden. Das Pulsieren des Sterns spielt eventuell eine Rolle bei der Erzeugung der molekularen Schicht, aber dieser Mechanismus ist noch nicht ganz klar.

Da Mira Sterne eine späte Entwicklungsstufe von sonnenähnlichen Sternen darstellen, wird es sehr interessant sein die Prozesse in und um sie herum besser zu beschreiben, da dies eine Vorhersage des Schicksals der Sonne in der fernen Zukunft liefern kann. Mira Sterne stoßen große Mengen von Gas und Staub in den Weltraum hinaus, typischerweise ungefähr ein Drittel der Erdmasse pro Jahr und sind damit für mehr als 75 % der Moleküle in einer Galaxie verantwortlich. Der Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und andere Elemente aus denen sie bestehen, wurde zum größten Teil im Inneren solcher Sterne produziert (die schwereren Elemente stammen von Supernovae) und werden so wieder in den Weltraum zurückgegeben um neue Sterne und Planeten zu bilden. Die heranreifende Technik der Interferometrie enthüllt Details der Mira Atmosphäre und bringt Wissenschaftlern die Beobachtung und das Verständnis, von der Produktion und dem Ausstoß von Molekülen und Staub, während diese Sterne ihre Inhaltsstoffe wiederverwerten, näher.

Quelle: National Optical Astronomy Observatory

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