Wie wägen Wissenschaftler die Sterne?

Sterne sind riesige Kugeln aus heißem Gas, die viele Billionen von Meilen entfernt sind, aber wenn sie von der Erde aus beobachtet werden, erscheinen sie als winzige leuchtende Punkte, die am Nachthimmel sichtbar sind. In einer neuen Studie haben Astronomen die Masse eines nahen "Weißen Zwergs", eines Sterns, der das Ende seines Lebenszyklus erreicht hat, genau gemessen. Aber wie genau kann das gemacht werden? Wie "wiegen" Wissenschaftler die Masse einer gasförmigen Kugel in Lichtjahren?

"Nur so haben wir als Astronomen die Möglichkeit, Massen von Sternen und Planeten und Galaxien zu messen, indem wir uns gravitativ beeinflussen", sagte Terry Oswalt, Professor für Technische Physik an der Embry-Riddle Aeronautical University, der einen Kommentar über die jüngste White-Zwerg-Messung für die Zeitschrift Science.

Mit anderen Worten, wenn sich ein Satellit in der Umlaufbahn um Jupiter befindet, ist es möglich, die Masse des Jupiters abzuschätzen, indem er die Auswirkungen der Schwerkraft des Planeten auf die Umlaufbahn des Satelliten misst. [Die 18 größten ungelösten Mysterien in der Physik]

Solche Schätzungen können auch mit Sternen gemacht werden. Empfindliche Instrumente wie das Kepler-Weltraumteleskop der NASA können Planeten auf der anderen Seite der Milchstraße orten, indem sie winzige Änderungen der Geschwindigkeit der Sterne messen, wenn die Planeten auf ihren Bahnen an ihnen "ziehen", erklärte Oswalt. Diese Messungen können den Forschern auch Informationen über die Massen der Sterne liefern.

Wenn zwei Sterne umkreisten, wie es bei Doppelsternen der Fall ist, können Astronomen ihre Bewegung mit Hilfe des sogenannten Doppler-Effekts messen, der nach Oswalt auf dem Prinzip einer Polizeiradarwaffe beruht. Diese Technik erfordert jedoch, dass die Objekte beobachtbar sind.

"Es gibt verschiedene indirekte Möglichkeiten, wie man die Masse eines Sterns aus seinem [Licht-] Spektrum abschätzen kann, aber sie hängen von einem detaillierten Modell seiner Atmosphäre ab, von dem man nie sicher ist, dass es korrekt ist", sagte Oswalt.

Die neue Technik, die in einer am 7. Juni in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie beschrieben wird, erlaubt es Astronomen, die Massen von Sternen und anderen Himmelsobjekten einzuschätzen, einschließlich der von Natur aus düsteren weißen Zwerge, Schwarzen Löcher und Schurkenplaneten Sonnensystem), die mit Teleskopen schwer zu beobachten sind.

Die von Astronomen des Space Telescope Science Institute in Baltimore geleitete Studie zeigte, wie die Forscher einen nahe gelegenen Weißen Zwerg namens Stein 2051 B maßen. Die Technik beruht auf dem Einfluss, den die Schwerkraft auf das Licht ausübt.

"In seiner berühmten Gleichung E = mc ^ 2 postulierte Albert Einstein, dass Energie und Masse dasselbe sind", sagte Oswalt. "Licht ist ein kleines bisschen Energie und ein noch kleineres Äquivalent von Masse, aber es wird auch von der Schwerkraft beeinflusst." [8 Möglichkeiten, Einsteins Relativitätstheorie im wirklichen Leben zu sehen]

Einstein sagte auch voraus, dass ein Lichtstrahl eines entfernten Sterns, der an einem Objekt vorbeiläuft, sich aufgrund der Anziehungskraft des Objekts leicht verbiegt. Damit der Effekt beobachtbar ist, müssen die beiden Objekte in eine nahezu perfekte Ausrichtung kommen, die, wie Oswalt sagte, ziemlich selten ist.

"Da das Licht des Hintergrundsterns an dem weißen Zwerg vorbeigeht, ist seine Richtung einer geraden Linie gebogen, und das bedeutet, dass das Licht, das wir sehen werden, aus einer anderen Richtung kommt als der eigentliche Stern, und das macht die Der Zwerg bewegt sich langsam über den Hintergrundstern, als ob der Hintergrundstern eine kleine Schleife am Himmel machen würde ", erklärte Oswalt.

"Die Grundidee ist, dass die scheinbare Ablenkung der Position des Hintergrundsterns direkt mit der Masse und der Schwerkraft des Weißen Zwergs zusammenhängt - und wie nahe die beiden genau aneinander reihen", fügte Oswalt hinzu.

Der Effekt, Gravitations-Mikrolinsen genannt, wurde früher in einem viel größeren Maßstab während totaler Finsternisse beobachtet oder mit Objekten, die viel weiter entfernt sind als Stein 2051 B. In diesen entfernten Objekten wirkt die Schwerkraft wie eine Vergrößerungslinse, die das Sternenlicht biegt. hellt die Lichtquelle auf, so Oswalt. Bei sehr weit entfernten Galaxien konnte ein Einstein-Effekt beobachtet werden - eine Deformation des Lichtes aufgrund der Schwerkraft.

Beobachtungen der nahen Ausrichtungen, wie jene, die es den Wissenschaftlern ermöglichte, die Biegung des Lichts zu messen, die durch den nahe gelegenen Weißen Zwerg Stein 2051 B verursacht wird, sind derzeit selten. Aber Oswalt sagte, dass neue Observatorien, wie der Gaia-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation, es den Astronomen ermöglichen werden, solche Ereignisse viel häufiger zu beobachten und ihnen so zu ermöglichen, jene Objekte im Universum abzubilden, die bisher schwer zu untersuchen waren.