Bildnachweis: CfA
Seit seiner Entdeckung im Jahr 1998 hat der „blinzelnde Stern“ namens KH 15D Astronomen verblüfft, die versuchen, seine lang anhaltenden (24-tägigen) Finsternisse zu erklären. Viele stellten die Hypothese auf, dass die Finsternisse durch dazwischenliegende Materialklumpen innerhalb einer protoplanetaren Scheibe verursacht wurden, die einen einzelnen jungen sonnenähnlichen Stern umgibt.
Der Astronom Joshua Winn (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) und seine Kollegen haben diese Hypothese aufgehoben und eine neue Theorie entwickelt, die fast alles über das System erklärt, indem sie die Vergangenheit dieser Finsternisse und ihre zeitlichen Veränderungen untersucht haben.
Sie fanden heraus, dass der „blinkende Stern“ tatsächlich ein Doppelsternsystem ist. Etwas im Vordergrund, möglicherweise eine staubige Materialscheibe, die die Binärdatei umgibt, blockiert zeitweise das Licht eines oder beider Sterne, während sich die Sterne gegenseitig umkreisen. Schließlich werden beide Sterne vollständig vom Staubvorhang bedeckt, und das System des „blinkenden Sterns“ verschwindet aus dem Blickfeld.
„Diese beiden Stars haben mit uns Verstecken gespielt. Der zweite Stern spähte früher kurz heraus, ist jetzt aber völlig verdeckt. Bald wird der erste Stern hinzukommen und beide werden jahrzehntelang verborgen bleiben “, sagt Winn.
Archive enthüllen die Wahrheit
Die entscheidenden Hinweise zum Verständnis des „blinzelnden Sterns“ wurden in archivierten Himmelsfotos vom Harvard College Observatory in Massachusetts und vom Asiago Observatory in Italien gefunden. Die Untersuchung der Harvard-Fotografien ergab, dass es in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts keine der heute beobachteten totalen Finsternisse gab. Asiago-Fotos, die zwischen 1967 und 1982 aufgenommen wurden, zeigten Hinweise auf Finsternisse, jedoch mit einem entscheidenden Unterschied: Das System war sowohl während als auch außerhalb von Finsternissen heller als heute. Dieses zusätzliche Licht muss von einem zweiten Stern stammen, der in den 1970er Jahren sichtbar war, aber heute vollständig verborgen ist.
Diese Einsicht war der Schlüssel, um das Geheimnis von KH 15D zu lüften. Vor 1960 wurde keiner der Sterne verdunkelt. Dann trieb ein Staubvorhang von der Erde aus gesehen in den Vordergrund und blockierte einen Teil der Umlaufbahn eines der Sterne. In den 1970er Jahren erlebte dieser Stern eine Sonnenfinsternis, als seine Umlaufbahn ihn hinter den Vorhang trug. Bis 1998 war der Vorhang so weit vorgerückt, dass einer der Sterne vollständig verborgen war - und der andere Stern fällt regelmäßig außer Sichtweite, während seine Umlaufbahn ihn hinter den Vorhang führt. Bis etwa 2012 werden beide Sterne vollständig unsichtbar sein.
Radialgeschwindigkeitsmessungen, die derzeit von John Johnson (UC Berkeley), einem Mitautor dieser Studie, durchgeführt werden, können testen, ob sich der sichtbare Stern hin und her bewegt, gezogen von der Schwerkraft eines Sternmassenbegleiters.
"Die Asiago-Platten liefern sehr überzeugende Beweise, aber die Radialgeschwindigkeitsmessungen werden der Drahtreifen sein", sagt Johnson.
Das neue Bild von KH 15D
Wenn man die Beobachtungen von KH 15D wie Puzzleteile zusammensetzt, werden zwei Sterne sichtbar, die nicht älter als 10 Millionen Jahre sind. (Unsere Sonne ist dagegen 5 Milliarden Jahre alt.) Sie drehen sich alle 48 Tage in stark elliptischen Bahnen umeinander, was die 48-tägige Sonnenfinsternis erklärt. Ihr durchschnittlicher Abstand beträgt ungefähr 0,25 astronomische Einheiten (23 Millionen Meilen) oder zwei Drittel der Entfernung von Merkur zur Sonne. Ihre exzentrischen Umlaufbahnen bringen sie jedoch nur 0,07 AE (6,5 Millionen Meilen) nahe beieinander.
"Wie Binärdateien gehen, ist ihre Umlaufbahn nicht ungewöhnlich", sagt Co-Autor Krzysztof Stanek (CfA).
Winn stimmt zu und fügt hinzu: "Das Seltsame an diesem System ist, dass etwas das Licht dieser Sterne blockiert - etwas Undurchsichtiges mit einer scharfen Kante." Die Identität dieses Vorhangs ist unbekannt, aber es kann der Rand einer Staubscheibe sein, die beide Sterne umgibt.
"Staubscheiben wurden um andere binäre Sternensysteme herum gesehen", sagt Matthew Holman (CfA), Mitautor der Studie. „Wir stellen uns vor, dass die Scheibe in diesem System relativ zur Ebene der Umlaufbahn der beiden Sterne geneigt ist. Das würde dazu führen, dass die Scheibe wackelt, so wie ein Frisbee nach einem schlechten Wurf manchmal in der Luft wackelt. “
Nach Holmans Berechnungen kann der Staub in einem Ring vorhanden sein, der sich 2,6 AE (240 Millionen Meilen) von den Sternen entfernt befindet. Das Material im Ring selbst macht ungefähr alle 4 Jahre eine vollständige Umlaufbahn, aber das Wackeln (oder "Präzession") des Rings hat eine viel längere Zeitspanne von ungefähr 1000 Jahren. Eine ähnliche Theorie wurde unabhängig von Eugene Chiang und Ruth Murray-Clay von der UC Berkeley vorgeschlagen.
„Ab etwa 1960 versperrte der Rand dieser Vorlaufscheibe unsere Sicht auf die Sterne“, sagt Holman. "Nach einem weiteren Jahrzehnt wird die Festplatte etwas weiter vordringen und unsere Sicht vollständig blockieren." Je nachdem, wie dick der Ring ist, kehrt sich der Prozess einige Zeit später um, wenn die Sterne allmählich freigelegt werden und die Finsternisse aufhören.
Viele Fragen zu KH 15D bleiben noch offen. Was ist zum Beispiel die Art der Festplatte? Warum ist es zur Orbitalebene der Binärdateien geneigt? Warum hat es eine so scharfe Kante? Die blinkenden Sterne von KH 15D werden Astronomen wahrscheinlich für die kommenden Jahre mit diesen und anderen Rätseln verwechseln.
Diese Forschung wird in der Ausgabe vom 1. März 2004 von The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht. Die Autoren der Studie sind Joshua Winn (CfA), Matthew Holman (CfA), John Johnson (UC Berkeley), Krzysztof Stanek (CfA) und Peter Garnavich (Universität Notre Dame).
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mit Hauptsitz in Cambridge, Massachusetts, ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. CfA-Wissenschaftler, die in sechs Forschungsabteilungen unterteilt sind, untersuchen den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Originalquelle: CfA-Pressemitteilung
