Radioteleskope lösen Plejaden-Distanzdebatte

Der Herbst wird bald vor unserer Haustür sein. Doch bevor die Blätter ihre Farbe ändern und der Geruch von Kürbis unsere Coffeeshops füllt, wird der Sternhaufen der Plejaden die neue Saison mit seiner früheren Präsenz am Nachthimmel markieren.

Die zarte Gruppierung der blauen Sterne ist seit der Antike ein herausragender Anblick. In den letzten Jahren war der Cluster jedoch auch Gegenstand einer intensiven Debatte, die eine Kontroverse markiert, die Astronomen seit mehr als einem Jahrzehnt beunruhigt.

Eine neue Messung besagt nun, dass die Entfernung zum Sternhaufen der Plejaden, die vom Hipparcos-Satelliten der ESA gemessen wurde, entschieden falsch ist und dass frühere Messungen mit bodengestützten Teleskopen die ganze Zeit über richtig waren.

Der Sternhaufen der Plejaden ist ein perfektes Labor, um die Sternentwicklung zu untersuchen. Alle Sterne, die aus derselben Gaswolke geboren wurden, weisen nahezu identische Alter und Zusammensetzungen auf, unterscheiden sich jedoch in ihrer Masse. Genaue Modelle hängen jedoch stark von der Entfernung ab. Daher ist es wichtig, dass Astronomen die Entfernung des Clusters genau kennen.

Eine gut festgelegte Distanz ist auch ein perfektes Sprungbrett in der kosmischen Distanzleiter. Mit anderen Worten, genaue Entfernungen zu den Plejaden helfen dabei, genaue Entfernungen zu den am weitesten entfernten Galaxien zu erzielen.

Es ist jedoch schwierig, die großen Entfernungen im Weltraum genau zu messen. Die trigonometrische Parallaxe eines Sterns – seine winzige scheinbare Verschiebung gegenüber Hintergrundsternen, die durch unseren beweglichen Blickwinkel verursacht wird – zeigt seine Entfernung wahrer als jede andere Methode.

Ursprünglich war man sich einig, dass die Plejaden etwa 435 Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Der 1989 gestartete Hipparcos-Satellit der ESA zur präzisen Messung der Positionen und Entfernungen von Tausenden von Sternen mithilfe der Parallaxe ergab jedoch eine Entfernungsmessung von nur etwa 392 Lichtjahren mit einem Fehler von weniger als 1%.

"Das scheint kein großer Unterschied zu sein, aber um den physikalischen Eigenschaften der Plejadensterne gerecht zu werden, hat es unser allgemeines Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Sternen in Frage gestellt", sagte der Hauptautor Carl Melis von der University of California in San Diego, in einer Pressemitteilung. "Um die Hipparcos-Entfernungsmessung anzupassen, schlugen einige Astronomen sogar vor, dass in solch jungen Sternen irgendeine Art von neuer und unbekannter Physik am Werk sein müsste."

Wenn der Cluster wirklich 10% näher war als alle gedacht hatten, müssen die Sterne von Natur aus dunkler sein als von Sternmodellen vorgeschlagen. Es folgte eine Debatte darüber, ob das Raumschiff oder die Modelle schuld waren.

Um die Diskrepanz zu lösen, verwendeten Melis und seine Kollegen eine neue Technik, die als Funkinterferometrie mit sehr langer Basislinie bekannt ist. Durch die Verknüpfung entfernter Teleskope erzeugen Astronomen ein virtuelles Teleskop mit einer Datenerfassungsfläche, die so groß ist wie die Abstände zwischen den Teleskopen.

Das Netzwerk umfasste das Very Long Baseline Array (ein System von 10 Radioteleskopen von Hawaii bis zu den Jungferninseln), das Green Bank Telescope in West Virginia, das William E. Gordon Telescope am Arecibo Observatory in Puerto Rico und das Effelsberg Radio Teleskop in Deutschland.

"Mit diesen Teleskopen hatten wir das Äquivalent eines Teleskops von der Größe der Erde", sagte Amy Miouduszewski vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO). "Dadurch konnten wir äußerst genaue Positionsmessungen durchführen – das entspricht der Messung der Dicke eines Viertels in Los Angeles von New York aus."

Nach anderthalb Jahren Beobachtungen ermittelte das Team eine Entfernung von 444,0 Lichtjahren bis auf 1% – entsprechend den Ergebnissen früherer bodengestützter Beobachtungen und nicht des Hipparcos-Satelliten.

"Die Frage ist jetzt, was mit Hipparcos passiert ist?" Sagte Melis.

Das Raumschiff maß die Position von ungefähr 120.000 Sternen in der Nähe und berechnete im Prinzip Entfernungen, die mit bodengestützten Teleskopen weitaus präziser als möglich waren. Wenn dieses Ergebnis zutrifft, werden sich die Astronomen damit auseinandersetzen, warum die Hipparcos-Beobachtungen die Entfernungen so schlecht eingeschätzt haben.

Das lang erwartete Gaia-Observatorium der ESA, das am 19. Dezember 2013 eröffnet wurde, wird ähnliche Technologien verwenden, um die Entfernungen von etwa einer Milliarde Sternen zu messen. Obwohl das Missionsteam nun bereit ist, seine wissenschaftliche Mission zu beginnen, muss es besondere Sorgfalt walten lassen und die Arbeit bodengestützter Radioteleskope nutzen, um sicherzustellen, dass ihre Messungen genau sind.

Die Ergebnisse wurden in der Science-Ausgabe vom 29. August veröffentlicht und sind online verfügbar.

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