Seismologie der Sterne in den Instabilitätsstreifen

Forschungsprojekt P 14546Seismologie der Sterne in den InstabilitätsstreifenMichael BREGER09.10.2000 Von einem Stern sehen wir nur die äußere Hülle. In dem unseren Augen verborgenen Inneren findet das "Kochen" der chemischen Elemente und die wichtige Energieerzeugung statt. Um den Aufbau und Entwicklung der Sterne zu verstehen, müssen wir das Innere der Sterne erforschen, was nur auf indirekt Art möglich ist. Eine der wichtigsten modernen Methoden ist die Untersuchung der Sternschwingungen, die Asteroseismologie. Die Seismologie der Sterne befasst sich mit den der Vielfalt von angeregten Schwingungen in einem Stern. Dies kann mit dem vollen Klang eines Musikinstrumentes verglichen werden, der es ermöglicht, auch ein unsichtbares Instrument zu beschreiben. Wenn das Musikinstrument sehr weit entfernt ist, besteht die Schwierigkeit darin, den Klang überhaupt hören bzw. messen zu können. Bei den Sternen hören` wir die Schwingungen nicht, sondern messen sie durch winzige Helligkeitsschwankungen, die durch die Verformung der Obserfläche hervorgerufen werden. Nur bei wenigen Sternen sind die von den Schwingungen hervorgerufenen Helligkeitsschwankungen stark genug, gemessen zu werden. In der Hinsicht bilden die sogenannten Delta Scuti Sterne eine ideale Werkstätte für die Untersuchungen des Sternaufbaus; von der Phase des Wasserstoffbrennens im Kern bis zum Heliumkern. Ein großes internationales Sternwartenetz (das sogenannte Delta Scuti Network) wird von Wien aus geleitet und verbindet, Teleskope auf allen Kontinenten um diese Schwingungen zu messen. Die Messungen und Analyse der Sternschwingungen ist sehr komplex - es wurde, aber schon gezeigt, dass das Schwingungsspektrum auf diese Art bestimmt werden kann. Der nächste wichtige Aspekt ist der Vergleich mit den Aussagen, die aus einer großen Vielfalt von Stemmodellen auf unseren Computern errechnet werden. Auf die Weise können realistische Modelle der Sternkerne und Voraussagen über ihre Entwicklung getroffen werden.

Das Projekt befasste sich mit den angeregten stellaren Schwingungen und ihre Aussagen über den Aufbau und die Entwicklung der Sterne. In der Stellaren Seismologie wird das verborgene Innere der Sterne indirekt durch die Untersuchung Sternschwingungen erforscht. Dies Pulsationen können als winzige Licht- und Spektralvariationen von der Erde aus gemessen werden. Wichtig sind in diesem Zusammenhang die genauen Werte der angeregten Pulsationsfrequenzen, da diese mit Sternaufbau- und Sternentwicklungsmodellen verglichen werden. Das Projekt bestand aus drei Schwerpunkten: (a) Das auf fünf Kontinenten verteilte Wiener Sternwartenetz führte photometrische Messungen der Helligkeitsschwankungen von ausgesuchten Sternen durch, aus denen die Pulsationsfrequenzen abgeleitet wurden; (b) spektroskopische Linienprofilmessungen ermöglichten die Bestimmung der Art der angeregten Pulsationen; c) Sternpulsationsmodelle wurden adaptiert bis Übereinstimmungen mit den Messungen erzielt wurden. Einige Ergebnisse sind: (a) Für den Stern FG Vir konnten mit 1300+ Stunden Photometrie über 60 Pulsationsfrequenzen abgeleitet werden: ein neuer Rekord. Im Leistungsspektrum konnte das Rauschen auf 2 x 10-9 Magnituden reduziert werden - ein Wert, der erst in neuen Weltraummissionen verbessert werden wird. (b) Ein Widerspruch mit der Theorie bestand bis zu diesen Messungen darin, dass die vielen durch die besten Sternmodelle vorausgegesagten Schwingungen nicht beobachtet wurden. Durch die Verteilung der Amplituden der neu entdeckten Pulsationsmoden und der Frequenzabhängigkeit des Rauschens konnte gezeigt werden, dass die fehlenden Pulsationen in den Sternen doch angeregt sind, wenn auch mit kleinen Amplituden. (c) Es wurden u. a. spektroskopische Methoden zur genauen Bestimmung der Pulsationsmoden, Rotationsgeschwindigkeit und der Neigung der Rotationsachse (unter Berücksichtigung der stellaren Corioliskräfte, Randverdunkelung, Konvektion, Linienstärken and wellenlängenabhängigen Lichtvariationen) erarbeitet. Für FG Vir wurde ein Neigungswinkel von 21 Grad gefunden. (d) Ein Vergleich von Satelliten- und terrestrischen Messungen des Sterns Theta 2 Tau zeigte gute Übereinstimmungen, aber auch die Notwendigkeit der Anwendung von beiden experimentellen Methoden.