In unserem Sonnensystem, verstreut über einem der grünen Berge der Erde, blicken sechs eierschalenweiße Teleskope in die Tiefen des Universums. Als ein zusammenhängender Bienenstock sammeln die Kuppelstrukturen kosmisches Licht, um moderne Astronomen bei der Erkundung des Weltraums zu leiten – und dank dieses Bienenstocks haben wir jetzt eine brillante neue Perspektive auf das Licht, das Astronomen der Vergangenheit geleitet hat: den Nordstern.
Unser visuelles Wissen über den aktuellen Nordstern (aufgrund der axialen Wackelbewegung der Erde geht der Titel im Laufe der Äonen auf verschiedene Sterne über) ist tiefgreifend. Alte und neue Künstler haben den leuchtenden Polarstern in ihren Gemälden dargestellt, Astrofotografen haben ihn von ihren Hinterhöfen aus fotografiert und Wissenschaftler haben ihre Instrumente seit Jahrzehnten auf ihn gerichtet. Das Besondere an diesen neuen Polaris-Ansichten, die vom CHARA Array auf dem Mount Wilson in Kalifornien zur Verfügung gestellt wurden, ist jedoch die Auflösung. Das Besondere an CHARA ist, wie bereits erwähnt, die Zusammenarbeit seiner Teleskope. Ihre Lichtdaten werden in einer zentralen Einrichtung zusammengeführt, um ein vollständiges, klares Bild einer Quelle zu liefern. Es ist, als ob das Sextett der Arbeiterteleskope ein ultimatives Teleskop mit einem Durchmesser von 330 Metern (1.083 Fuß) bildet. Aus diesem Grund ist die Bildauflösung des Projekts – insbesondere die Winkelauflösung – hervorragend.
Tatsächlich entdeckten Wissenschaftler nach der Untersuchung einiger dieser Polarisbilder, die mit CHARA-Beobachtungen aus den Jahren 2016 bis 2021 kombiniert wurden, einige bisher unbekannte Merkmale des Sterns. Vor allem gibt es erkennbare Flecken auf der Sternoberfläche, ähnlich den Sonnenflecken, die wir hin und wieder auf der Sonne sehen.
„Die CHARA-Bilder zeigten große helle und dunkle Flecken auf der Oberfläche von Polaris, die sich im Laufe der Zeit veränderten“, sagte Gail Schaefer, Direktorin des CHARA Array, in einer Erklärung.
Einer der Hauptgründe, warum dieser Befund überraschend war, liegt in der Tatsache, dass Polaris kein alter Stern ist. Es handelt sich um eine Art Stern, der als Cepheid-Variable bekannt ist, was bedeutet, dass er in regelmäßigen Abständen heller und dunkler wird. Vor allem Polaris wird in einem Vier-Tages-Zyklus heller und schwächer, und Wissenschaftler lieben es, Cepheiden zu lokalisieren, da ihr Verhalten sehr vorhersehbar ist. Denn dadurch können diese Sterne für kosmische Entfernungsmessungen genutzt werden. Grundsätzlich kann die Beobachtung der Änderung der Helligkeit eines Cepheiden während eines Zyklus seine wahre Helligkeit offenbaren.
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Im Gegensatz dazu wäre ein Stern ohne vorhersehbare periodische Pulsationen für solche Messungen nicht sehr zuverlässig. Trotz der Gefahr einer Vereinfachung könnte beispielsweise ein schwacher Stern entweder weit entfernt oder nur klein sein – oder er könnte aus einem anderen Grund seltsam dunkel sein. Es könnte aber auch einfach sein, dass es während der Beobachtungszeit schwach war.
Um auf diese Orte zurückzukommen, wie das CHARA-Team sagt, markieren diese hochauflösenden Bilder von Polaris den ersten „Blick darauf, wie die Oberfläche einer Cepheiden-Variablen aussieht“. Es war also faszinierend, mit diesem ersten Blick Orte zu finden. Doch diese Flecken waren nicht das einzige Ergebnis der Analyse des Teams.
Im Gegensatz zu unserer einsamen Sonne durchstreift Polaris das Universum nicht alleine. Er ist etwa 46-mal so groß wie unser Mutterstern und liegt über 400 Lichtjahre von uns entfernt. Er ist Teil eines Dreisternsystems. Es ist einfach das hellste seiner Geschwister. Tatsächlich bestand das ursprüngliche Ziel der Polaris-Untersuchung von CHARA darin, die Umlaufbahn des Sterns zu kartieren, der unseren Nordstern alle 30 Jahre einmal umkreist. Es ist das eine, das viel näher ist als das andere, was das Unterfangen zu einer komplexen Aufgabe macht. Dieser Stern schwebt nicht nur sehr nahe am Polaris vorbei, sein Begleiter ist auch unglaublich lichtschwach. Aufgrund der Dokumentation durch das Hubble-Weltraumteleskop wurde seine Existenz erst etwa 2005 bestätigt.
„Der geringe Abstand und der große Helligkeitskontrast zwischen den beiden Sternen machen es äußerst schwierig, das Doppelsternsystem während ihrer größten Annäherung aufzulösen“, sagte Teamleiterin Nancy Evans vom Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, die auch bei der Identifizierung des Begleiters half. sagte in der Erklärung. Aus diesem Grund griff das Team auch auf andere astronomische Werkzeugkästen zurück, beispielsweise auf ein Speckle-Interferometer am Apache Point Observatory in New Mexico.
Diese Mission war in der Tat ein Erfolg, da sie dabei half, Dinge wie die Größe des Polaris zu bestätigen und darauf hinzuweisen, dass der Stern etwa fünfmal massereicher als die Sonne sein könnte – was schwerer ist als bisher angenommen. Diese Entdeckung ist an sich schon wichtig, da, wie Evans gegenüber ScienceNews sagte, nur bei wenigen Cepheiden die Masse bestimmt werden konnte. Es wirft auch einige interessante Fragen auf, die es in Zukunft zu untersuchen gilt. „Die Masse kombiniert mit der Entfernung zeigt, dass die Cepheiden leuchtender sind, als aufgrund der Evolutionsspuren für diese Masse vorhergesagt wurde“, schreiben beispielsweise die Studienautoren.
Dennoch scheint die fleckige Natur des Polarsterns im Rampenlicht gestanden zu haben. Überlegen Sie, wie die Bereiche des Sterns, auf denen Flecken zu sehen sind, und die Geschwindigkeit, mit der sich der Stern dreht, auf eine Variation der Radialgeschwindigkeit über 120 Tage hindeuten – im Wesentlichen bezogen auf Änderungen in der Geschwindigkeit des Objekts entlang der Sichtlinie eines Beobachters. Das wirft noch ein weiteres Rätsel auf.
„Wir planen, den Polaris auch in Zukunft weiter abzubilden“, sagte John Monnier, Astronomieprofessor an der University of Michigan und Mitautor der Studie, in der Erklärung. „Wir hoffen, den Mechanismus, der die Flecken auf der Oberfläche von Polaris erzeugt, besser zu verstehen.“
Die Studie wurde am 20. August im Astrophysical Journal veröffentlicht.
