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PEPSI
Die Fingerabdrücke von Sternen
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
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9. Januar 2018

Mithilfe des Instruments PEPSI am Large Binocular Telescope haben Astronomen detaillierte Spektren einer ganzen Reihe von Sternen aufgenommen und jetzt erste Datensätze daraus veröffentlicht. Der Blick richtete sich dabei nicht nur auf interessante Sterne der Milchstraße, sondern auch auf unsere Sonne - obwohl es sich bei PEPSI eigentlich um ein Instrument für ein Nachtteleskop handelt.

Spektrum

Farbkodiertes Spektrum des solaren Zwillingssterns 18 Scorpii (Ausschnitt). Bild: AIP und M. Bergemann, MPIA [Gesamtansicht]

Mithilfe des Potsdam Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) am Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona haben Astronomen einzigartige spektrale Atlanten mit hoher Auflösung gewonnen, die sie anderen Wissenschaftlern nun zur Verfügung stellen. Spektralatlanten enthalten praktisch die "Fingerabdrücke" von Sternen.

Die aufgenommenen Spektren verraten den Astronomen etwas über die astrophysikalischen Eigenschaften der Sonnen wie Temperatur, Druck, Geschwindigkeiten und chemische Zusammensetzung. Zu den jetzt vorgestellten Daten gehörte auch ein neuer Spektralatlas der Sonne, womit eindrucksvoll gezeigt wird, dass ein Instrument eines Nachtteleskops Spektren mit der Qualität eines spezialisierten Sonneninstruments liefern kann.

Alle solaren und stellaren Spektren wurden mit einer beispiellosen spektralen Auflösung aufgenommen, die etwa einem Hundertstel des Durchmessers eines Wasserstoffatoms entspricht und decken den gesamten optischen bis nahinfraroten Wellenlängenbereich ab. Das Licht der Sonne wurde zudem auch in mehreren spektralen Zeitreihen mit bis zu 300 Einzelspektren pro Tag analysiert. Die daraus entstandenen Datensätze stehen der Fachgemeinschaft ebenso zur Verfügung.

"Unsere Sonne oszilliert mit einer Periode von fünf Minuten. Mit dem neuen Instrument konnten wir diese Auf- und Abwärtsbewegung der Sonnenoberfläche aus dem nicht-aufgelösten Sonnenscheibchen, wie bei einem weit entfernten Stern, mit einer Amplitude von 47 Zentimeter pro Sekunde messen. Aus der Sicht eines Sternforschers eine geradezu unglaublich kleine Geschwindigkeit", erklärt Prof. Strassmeier, Hauptverantwortlicher von PEPSI und Direktor des Forschungsbereiches Kosmische Magnetfelder am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

Der neue Atlas wurde auch verwendet, um die Häufigkeit von Lithium in der Sonne mit sehr hoher Präzision neu zu bestimmen. "Lithium ist ein Schlüsselelement für die Nukleosynthese im Universum und gleichzeitig ein Indikator für Mischprozesse in Sternen", erklärt Dr. Matthias Steffen, einer der Projektwissenschaftler. Dreidimensionale dynamische Modellatmosphären und eine vollständige statistische Behandlung der spektralen Eigenschaften des Lithiumatoms kamen zum Einsatz, um die Elementhäufigkeit in der Sonne zu bestimmen.

Ein weitere Satz von 48 stellaren Atlanten enthält Spektren von Sonnen, die als Standardsterne von Bedeutung sind und dies mit einer zuvor nicht verfügbaren Auflösung und einem extrem guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Die letzte Größe repräsentiert das Photonenrauschen relativ zur Signalstärke eines Sterns und ist ein Maß für die Qualität der Spektren. Die Spektralqualität entspricht dabei der, die für Beobachtungen unserer Sonne am Tage typisch ist - obwohl es sich natürlich um nächtliche Beobachtungen handelte.

Außerdem beschäftigen sich die Wissenschaftler mit den Stern Kepler-444, der fünf subterrestrische Planeten beherbergt und 10,5 Milliarden Jahre alt ist. Damit ist er mehr als doppelt so alt wie unsere Sonne und entsprechend arm an Metallen. Das chemische Häufigkeitsmuster aus dem PEPSI-Spektrum erlaubt den Rückschluss auf einen ungewöhnlich kleinen Eisenkern-Massenanteil von 24 Prozent für seine Planeten, wenn sich Stern und Planeten zusammen gebildet haben.

Terrestrische Planeten in unserem Sonnensystem haben typischerweise einen Massenanteil des Eisenkerns von 30 Prozent. "Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Planeten um metallarme Sterne weniger dicht sind als Gesteinsplaneten vergleichbarer Größe um metallreichere Sterne wie unsere Sonne", erklärt Claude "Trey" Mack, Projektwissenschaftler für die Kepler-444-Beobachtungen.

Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in drei Veröffentlichungen, die in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen sind.

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siehe auch
Large Binocular Telescope: Erfolgreiche Messung mit Instrument PEPSI - 13. Oktober 2017
Large Binocular Telescope: Technologie aus Potsdam für das LBT - 19. November 2013
Large Binocular Telescope: Know-how aus Potsdam für Riesenfernglas - 22. November 2007
LBT: "First Light" für Doppelteleskop - 27. Oktober 2005
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (PEPSI-Spektren der Sonne)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (PEPSI-Spektren von Standardsternen)
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (PEPSI-Spektren von Kepler-444)
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)
Large Binocular Telescope
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