MASSEARME STERNE
Deutlich massereicher als bislang angenommen
Redaktion
astronews.com
24. Januar 2005

Die Masse eines Sterns ist für seinen Lebenslauf die entscheidende Größe. Doch leider ist diese gerade bei massearmen Sternen relativ schwer zu bestimmen. Mit Hilfe eines neuen Instrumentes am Very Large Telescope der ESO gelang es aber jetzt, den massearmen Begleiter eines normalen Sterns abzubilden. Und dieser Begleiter war massereicher als bislang gedacht. Hat man also die Masse vieler Objekte bislang unterschätzt?

Kontrastverstärktes Infrarotbild von AB Doradus A und C. Der schwache, rötliche Begleiter, als winziger Punkt "bei 8 Uhr" sichtbar, ist 120-mal so lichtschwach wie der bläuliche Hauptstern. Ein so enges und so ungleiches Paar wurde hier mit Hilfe der neuen NACO-SDI-Kamera am ESO Very Large Telescope in Chile erstmals getrennt abgebildet. Die berechnete Umlaufbahn des Begleiters ist eingezeichnet. Bild: ESO / Max-Planck-Institut für Astronomie

Mit Hilfe der gewonnenen Aufnahme konnten die Forscher erstmals die Masse eines jungen, sehr massearmen Begleiters bestimmen. Das Objekt ist mehr als hundertmal schwächer als der Stern, an den es durch die Schwerkraft gebunden ist. Seine Masse beträgt das 93-fache der Masse des Planeten Jupiter, nahezu das Doppelte des Wertes, der sich aus heutigen theoretischen Modellrechnungen für ein Objekt mit seinen Eigenschaften ergeben würde.

Damit müssen die gegenwärtigen Vorstellungen von einer Population "Brauner Zwerge" und die Existenz der viel diskutierten, noch masseärmeren "frei fliegenden" extrasolaren Planeten in Frage gestellt werden. Die Arbeitsgruppe um Laird Close, Steward Observatory der University of Arizona, und Rainer Lenzen, Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, haben in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature über diese Entdeckung berichtet.

Braune Zwerge sind Himmelskörper, die mindestens die 75-fache Masse des Jupiter besitzen, aber immer noch nicht groß genug ist, um in ihrem Zentralbereich wie echte Sterne zu brennen. Wenn angebliche Braune Zwerge doppelt so massereich sind wie bisher vermutet, dann sind viele von ihnen in Wahrheit doch normale massearme Sterne. Die kürzlich entdeckten "frei fliegenden" Planeten sind dann ihrerseits in Wahrheit Braune Zwerge.

Das Astronomenteam hat jetzt den schwach leuchtenden, massearmen Begleiter AB Doradus C entdeckt, der den jungen Stern AB Doradus A in einem Abstand von nur 2,3 Astronomischen Einheiten umläuft. Eine Astronomische Einheit entspricht dem Radius der Umlaufbahn der Erde um die Sonne: In unserem Sonnensystem liegt der 2.3-fache Abstand von der Sonne im Asteroidengürtel knapp jenseits der Marsbahn.

Forscher, die nach sehr massearmen Objekten fahnden, untersuchen die unmittelbare Umgebung junger, sonnennaher Sterne, denn die massearmen Objekte strahlen am hellsten in ihrer frühen Jugend, bevor sie noch weiter kontrahieren und abkühlen. Seit den frühen 1990-er Jahren bestand der Verdacht, dass der bekannte Stern AB Doradus A, der nur 48 Lichtjahre von der Sonne entfernt und nur 50 Millionen Jahre alt ist, einen massearmen Begleiter hat, denn er "wackelt" am Himmel hin und her, wie wenn eine unsichtbare, ihn umlaufende Masse an ihm zerrte. Aber nicht einmal mit dem Weltraumteleskop Hubble gelang der direkte Nachweis des Begleiters, denn er war offenbar zu lichtschwach und stand dem größeren und viel helleren Stern zu nahe.

Close und Lenzen gelang mit ihren Kollegen nun die Abbildung des schwer zu fassenden Begleiters im Februar 2004 an einem der vier 8-Meter-Reflektoren des europäischen Very Large Telescope der ESO in Chile. Dabei setzten sie die neue, von Rainer Lenzen am Max-Planck-Institut für Astronomie und einem internationalen Team gebaute, hochauflösende Kamera NACO ein und verwendeten eine von Close und Lenzen für die Suche nach extrasolaren Planeten entwickelte Zusatzoptik - den Simultaneous Differential Imager oder NACO-SDI.

Damit werden die Trennschärfe des 8-Meter-Teleskops mit seiner adaptiven Optik und seine Fähigkeit, lichtschwache Begleiter im gleißenden Lichthof des Primärsterns nachzuweisen, noch einmal erhöht: Ein so hoher Kontrast (der Hauptstern ist 120-mal so hell wie sein Begleiter) in einem so geringen Abstand war zuvor noch nie überwunden worden: Der Winkelabstand zwischen dem Stern und seinem schwachen Begleiter beträgt 0,156 Bogensekunden - das entspricht der scheinbaren Größe eines Groschen in 13 Kilometern Entfernung.

War der Begleiter einmal identifiziert, so ließen sich seine Temperatur und seine Leuchtkraft im infraroten Spektralbereich bestimmen. Zur Überraschung der Forscher war der Begleiter 400 Grad kühler und 2,5-mal so lichtschwach wie auf Grund neuester Modellrechnungen erwartet. Aus der genauen Ortsbestimmung des Begleiters und der beobachteten "Wackel"-Amplitude des Primärsterns ergab sich für seine Masse ein sehr genauer Wert von 88 bis 98 Jupiter-Massen: Die Modellrechnungen sagen dagegen für einen Körper dieses Alters und dieser Leuchtkraft einen Wert von nur 50 Jupiter-Massen vorher. Das neue Ergebnis wird also zu einer Neubewertung der Massen kleinster junger Himmelskörper führen.

Objekte wie AB Doradus C sind sehr selten. Nur ein Prozent aller Sterne haben enge massearme Begleiter, und nur ein Prozent der sonnennahen Sterne sind jung. Deshalb ist die Möglichkeit, diese Messung überhaupt durchführen zu können, ein großer Glücksfall. Die NACO-SDI-Kamera enthält eine adaptive Optik, mit der die durch die Turbulenzen der Erdatmosphäre verursachte Unschärfe beseitigt wird.

Die Zusatzoptik SDI zerlegt das Licht eines einzelnen Sterns in vier identische Bilder bei benachbarten Wellenlängen inner- und außerhalb der für massearme Objekte charakteristischen, infraroten Methanbanden. Auf geeigneten Differenzbildern dieser vier Bilder verschwindet der bläuliche Hauptstern mit seinem hellen Lichthof nahezu vollständig, und der massearme, kühle und rötliche Begleiter wird deutlich erkennbar.

ESO Max-Planck-Institut für Astronomie