Gaia und die langperiodisch Veränderlichen

Die Perioden-Leuchtkraft (P-L) Beziehung der verschiedenen Arten von veränderlichen Sternen ist ein grundlegendes Instrument für die Bestimmung der Entfernung zu einem einzelnen Objekt oder zu einer ganzen Galaxie. Dadurch hat die P-L Beziehung eine große Bedeutung für die stellare und extragalaktische Astrophysik. Die Gaia Mission mit Starttermin 2011 wird Parallaxen für etwa 18 Millionen veränderliche Sterne in der Milchstraße messen, die die vorhandenen P-L Relationen beträchtlich verbessern werden. Eine der P-L Relationen, die von dieser Verbesserung besonders profitieren wird, ist jene für die langperiodisch Veränderlichen (LPVs). Die Hipparcos Daten erlaubten es in diesem Fall nicht, eine verlässliche Beziehung für die Milchstraße abzuleiten. Von den Magellan`schen Wolken wissen wir, dass die langperiodisch Veränderlichen auf mehreren parallelen P-L Relationen liegen. Ein ähnliches Ergebnis konnte für die Milchstraße bis jetzt nicht gefunden werden. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es, bereits im Vorfeld der Gaia Mission jene Untersuchungen durchzuführen, die notwendig sind, um ein P-L Diagramm mit den Gaia Daten produzieren zu können. Konkret wird das Projekt folgende Resultate liefern: (1) eine Relation für die Berechnung der bolometrischen Korrektur für die Gaia G-Band Photometrie unter Verwendung der niedrig aufgelösten Gaia-Spektren; (2) eine Datenbank von LPVs mit genau bekannten Perioden, die mit den Entfernungsbestimmungen von Gaia zu genauen P-L Diagrammen für verschiedene Teile der Milchstraße kombiniert werden sollen; (3) Beispielleichtkurven von hoher Qualität, um die Periodensuchprogramme von Gaia zu testen und zu optimieren; (4) verbesserte Klassifikationskriterien für LPVs entsprechend ihrem Pulsationsmodus; (5) ein besseres Verständnis der globalen Parameter, welche die P-L Relationen beeinflussen, was durch das Studium von LPVs in Sternhaufen und den Vergleich mit Pulsationsmodellen erreicht werden soll. Da ein Teil der Ergebnisse dieses Projektes direkt in die Gaia Datenanalyse einfließen wird, müssen die Arbeiten bereits vor dem Start von Gaia in Angriff genommen werden. Das Projekt ist ein Beitrag zum Gaia Datenverarbeitungscenter und der Antragsteller ist ein Mitglied der Gaia Coordination Unit 7 (variable Sterne). Die Bedeutung des Projekts reicht jedoch über seinen Input für die Gaia Mission hinaus. Insbesondere wird die vorgeschlagene Studie der Parameter, welche die Form des P-L Diagramms beeinflussen, neue Einblicke in die späten Entwicklungsstadien von Sternen kleiner und mittlerer Masse erlauben.

Langperiodisch Veränderliche (LPVs) stellen einen zukünftigen Zustand von Sternen wie unserer Sonne dar, kurz bevor der Himmelskörper zu einem weißen Zwerg wird. Die Untersuchung dieser Objekte ist aus mehrfacher Hinsicht interessant: vom Standpunkt der Sternentwicklung genauso wie im Rahmen der Entwicklung einer Sternpopulation, oder auch als Entfernungsindikator. Die Gaia Satellitenmission, welche die Entfernung und die Eigenbewegung von einer Milliarde Sterne vermessen wird, darf auch als wichtiger Meilenstein für die Erforschung von LPVs angesehen werden, da ihre Messungen uns in die Lage versetzen, präzise die Leuchtkraft dieser Sterne zu bestimmen. Damit können dann Beziehungen zwischen Periode und Leuchtkraft (P-L), die in anderen Sternsystemen gefunden wurden, genau kalibriert werden. Dieses FWF Projekt hatte das Ziel, wichtige Vorarbeiten für eine effiziente Auswertung der Daten, die Gaia von LPVs aufnehmen wird, zu leisten. Dazu gehört in erster Linie, unser Verständnis davon zu verbessern, welche Stern- oder Systemparameter das genaue Aussehen eines P-L-Diagramms dieser Objekte beeinflussen. Hierbei konnte durch das Studium mehrerer galaktischer Sternhaufen einerseits und von zwei Zwerggalaxien andererseits im Rahmen dieses FWF Projekts grundlegende Fortschritte erzielt werden. Gemeinsam mit früheren Arbeiten unserer Gruppe haben wir jetzt eine Vorstellung des Einflusses von Masse, Massenverlust, Chemie der Sternatmosphäre und Helium-Häufigkeit der betreffenden Sterne, und ansatzweise auch von der Sternentstehungsgeschichte einer Galaxie, auf die Form der P-L-Beziehungen in einem Sternsystem gewonnen. Dazu kamen neue Beobachtungen und Pulsationsmodelle zum Einsatz. Zweitens wurden in diesem Projekt die nötigen Algorithmen und Programmteile entwickelt, um im Rahmen der Gaia Datenreduktionspipeline die Beobachtungen der LPVs effizient durchführen zu können, dies ist bei der ungeheuren Datenmenge auch ein Muss. Unser Ziel ist es, mit Gaia für die LPVs ein neues Klassifikationsschema zu etablieren, welches physikalisch relevanter ist als das alte. Alle dafür nötigen Schritte dafür wurden im Rahmen des Projekts erfolgreich gesetzt. Als drittes wesentliches Ergebnis dieses Projekts wurde der Lichtwechsel der LPVs in bislang unerreichter Detailierung untersucht. Durch Daten des CoRoT Satelliten konnte so die lange offene Frage nach dem Auftreten von Kurzzeitvariationen in diesen Sternen im Wesentlichen abschlägig beantwortet werden. Gaia ist eine herausragende Astronomiemission. Sie wird uns erlauben, ein dreidimensionales Bild unserer Milchstraße anzufertigen - mit Implikationen für die Astrophysik, aber auch für unser Verständnis für unsere Lage im Universum. Die hier vom FWF geförderte Arbeit erlaubte es, ein wichtiges Stück zum Erfolg von Gaia beizutragen und einen neuen Blick auf LPVs zu werfen.