Eine neue Methode zur Untersuchung der Umgebung eines Sterns aus den Lichtkurven

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Schaubild der Lichtintensität gegen die Zeit (die Lichtkurve) für den Stern EPIC 204278916. Der Stern wurde über 78.8 Tage in einem Rhythmus von 29.4 Minuten beobachtet. Hier sind die ersten 15 Tage wiedergegeben und zeigen das Licht in seiner Änderung der Intensität mit einem Faktor von mehr als zwei. Astronomen entdeckten mit dem ALMA-Teleskop eine zirkumstellare Scheibe um den Stern, und bieten für die Intensitätseinbrüche mehrere Erklärungen an – unter anderem verursacht durch Klumpen von Material im gekrümmten inneren Teil der Scheibe. Scaringi et al.

Es gibt zurzeit ungefähr 2.700 bestätigte Exoplaneten, die mit der Transit-Methode aufgespürt wurden – dazu zählen auch die mit dem Kepler-Satellit entdeckten Exoplaneten. Die Transit-Methode beobachtet die stellare Lichtkurve (den Photonenfluß gegen die Zeit) und macht die geringen Abschwächungen im Sternlicht ausfindig, wenn ein Exoplanet vor der Oberfläche des Sterns von der Erde aus gesehen vorüberzieht. Die Dauer eines Umlaufs des Exoplaneten kann über mehrfache Transits bestimmt werden, bei der die Laufzeit und die Einzelheiten der beim Transit erfolgten Abschwächung eine Messung der Größe des Planeten liefern. In der Tat zeigen Lichtkurven eine Reihe physikalischer Vorgänge an, davon einige auf der Sternoberfläche (etwa Sonnenflecken), andere in ihrem Umfeld. Periodische Veränderungen im beobachteten stellaren Lichtfluß sind seit langem genutzt worden, um beispielsweise die Rotationsdauer eines Sterns zu messen; vorbeiziehende Exoplaneten bringen eine ganz bestimmte Form der Lichtkurve hervor.

Die Veränderlichkeit der Lichtkurve bei jungen stellaren Objekten (young stellar object = YSO) steht auch mit der Anwesenheit einer protoplanetaren Scheibe in Zusammenhang. Material in der Scheibe kann den zentralen Stern zeitweilig verdunkeln, während die stark veränderliche Akkretion auf den zentralen Stern auch die Strahlung des Systems selbst verändern kann. Die Helligkeitsänderungen von YSOs sind dafür bekannt, unterschiedliche Formen der Periodizität und der Symmetrien zu zeigen, welche vielleicht mit verschiedenen umweltbedingten Prozessen verbunden sind. Diese reichen von Sterne umkreisende Kometen bis hin zu Abweichungen im mit verdunkelndem Stoffen versetzten zirkumstellaren Material, das an den inneren Rändern einer Scheibe lokalisiert ist, die man in Kantenstellung beobachtet.

CfA-Astronom Luca Ricci und seinen Kollegen ist solch ein Effekt in den Lichtkurven des Sterns EPIC 204278916 glücklicherweise aufgefallen, der bei der verlängerten Kepler-Mission („K2“) beobachtet wurde. Seine ungleichmäßige Abschwächung des Lichts scheint sich aus einem dieser umweltbedingten Möglichkeiten zu ergeben. Für etwa fünfundzwanzig Tage durchlief das Licht des Sterns, ein junger massearmer M-Zwergstern, ungewöhnliche und große ungleichmäßige Schwankungen mit Abschwächungen von bis zu 65 Prozent. Die Astronomen nutzten dann das Radioteleskop ALMA, um Hinweise auf eine geneigte Scheibe rund um den Stern zu finden, die ihren ursprünglichen Verdacht bestätigt. Ihre sorgfältige Prüfung der Lichtkurve führt zu dem Schluß, daß die Kurve mit einer gebogenen inneren Scheibe in Einklang steht, die zur Sichtlinie um ungefähr 75 Grad geneigt ist und dunkle Materieklumpen auf kreisförmigen Umlaufbahnen enthält; eine alternative Möglichkeit ist eine Ansammlung kometenartiger Überreste auf einer exzentrischen Umlaufbahn. Künftige Beobachtungen werden diese Auswahlmöglichkeiten noch weiter einschränken, aber die Ergebnisse unterstreichen die Fülle an Information über stellare Systeme (nicht nur die Sterne selbst), die aus den Lichtkurven gewonnen werden können.

Literatur:

„The Peculiar Dipping Events in the Disk-Bearing Young-Stellar Object EPIC 204278916“

S. Scaringi, C. F. Manara, S. A. Barenfeld, P. J. Groot, A. Isella, M. A. Kenworthy, C. Knigge, T. J. Maccarone, L. Ricci and M. Ansdell

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 463, 2265–2272 (2016)

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