Stellare Einblicke

Wir können nur die äußeren Schichten der Sterne sehen: um das Innere zu erforschen, müssen indirekte Methoden angewendet werden. Eine der mächtigsten Methoden ist die Stellare Seismologie ("Asteroseismologie") - die Wissenschaft der stellaren Schwingungen, die es ermöglichen, Modelle des Sternaufbaus und Sternentwicklung mit der Komplexität der realen physikalischen Prozesse im Stern zu verbinden. Da die Mehrzahl der Sterne mit tausenden verschiedenen Schwingungen gleichzeitg pulsiert, liefern sie auch tausende Informationsbruchstücke. Aber erst seit einigen Jahren sind die astronomischen Geräte und Methoden genau genug, um die notwendigen Messungen durchzuführen und die Schwingungen einzeln zu identifizieren. Dieses Projekt benützt astronomische Weltraumsatelliten und erdgebundene automatische (und auch klassische manuelle) Teleskope um die Schwingungen der sogenannten Delta Scuti und Gamma Doradus Sterne zu identifizieren. Diese Information wird dann in die Sternmodelle eingearbeitet, um diese zu verbessern. Das Projekt beinhaltetet u. a. zwei Schwerpunkte: (i) die Bestimmung einer großen Anzahl Schwingungen mit kleinen Amplituden in ausgewählten Sternen, und (ii) die Identifikation der einzelnen Schwingungen mit ihren physikalischen und geometrischen Eigenschaften (Druck- oder Schwerkraftsmoden, die Bestimmung der `Quantenzahlen` der Oszillationen). Um dies zu erreichen, werden Messungen in mehr als einem Wellenlängenbereich durchgeführt. Für diese Messungen werden wir das in einem Vorläuferprojekt gebaute österreichische automatische Teleskop (in Arizona) sowie die österreichischen/kanadischen MOST und BRITE Satelliten anwenden. Die Sternschwingungen verursachen nicht nur Helligkeitsschwankungen, sondern auch Änderungen in den spektroskopischen Linienprofilen mit speziellen Signaturen für verschiedene Arten der Schwingungen. Die TOPS Gruppe war eine der Pioniere, die passende Analysemethoden entwickelt hat. In diesem Projekt werden hochaufgelöste spektroskopische Teleskopmessungen der Linienprofilvariationen sowie Radialgeschwindigkeitsänderungen mit simultanen photometrischen Daten kombiniert, um genaue Modenidentifikation durchzuführen. Ein weiterer, wichtiger Schritt besteht in der Berechnung theoretischer Pulsationsmodelle. Die angeregten Oszillationen hängen von der Gesamtstruktur der Sterne (also auch des Sterninneren) ab. Das führt dazu, dass die physikalischen Randbedingungen stark eingeschränkt werden können. Damit können wir komplexe physikalische Fragen wie Konvektion und "overshooting", Einfluss der chemischen Zusammensetzung, verbesserte Opazitätswerte, Amplituden- und Periodenvariabilität sowie stellare Zyklen, Nichtlinearitäten und Hybridpulsationen untersuchen.

Das Innere der Sterne bleibt unseren Augen verborgen und kann nur indirekt erforscht werden. Eine wichtige Methode ist die Untersuchung der angeregten stellaren Schwingungen. Die Eigenschaften dieser Schwingungen hängen von den physikalischen und chemischen Eigenschaften von jeder Schicht eines Sterns ab. Aus diesem Grund können genaue Messungen des Pulsationsverhaltens zu realistischen Modellen des Sternaufbaus, der Sternentwicklung und den physikalischen Prozessen in den Sternen führen. Das jetzige Projekt konnte die genauesten Messungen der stellaren Helligkeitsschwankungen bzw. der spektroskopischen Variabilität verwenden, die je erreicht worden sind. Diese Messungen stammen von Weltraumsatelliten und neuen Messgeräten für erdgebundene Teleskope. Unsere bei den Satellitengremien offiziell beantragten Sterne wurden von den MOST- und KEPLER-Satelliten gemessen. Außerdem wurden einige Monate Teleskopzeit an der McDonald-Sternwarte in Texas bewilligt und ein automatisches Teleskop in Arizona zu 100% dem Projekt gewidmet. Die Messungen des KEPLER Weltraumteleskops steigerten die Genauigkeit der Messungen um das Tausendfache (relativ zur erdgebundenen Astronomie). Pro Stern wurden hunderte Pulsationsperioden entdeckt, die bestimmten astrophysikalischen Familien zugeordnet werden konnten. Eine unerwartete Entdeckung war, dass selbst einfache, normale Sterne unregelmäßige Oberflächen zeigen, die auf schwache Magnetfelder hindeuten. Außerdem wurden eine große Anzahl regelmäßiger, atmosphärischer Wellenbewegungen gefunden, die um einige Sterne herumlaufen. Die Sonne zeigt einen 11-jährigen Sonnenzyklus, der mithilfe der Sonnenflecke beobachtet werden kann. Die Stärke dieses Zyklus ist variabel, welche auch einen Einfluss auf das Erdklima hat. Der Grund für diese Schwankungen ist bis jetzt nicht bekannt. Deshalb wurde der sehr starke Zyklus vom Stern 4 CVn mit über 1000 Nächten Teleskopzeit gemessen. Wir entdeckten, dass diese vom Zyklus verursachten Periodenschwankungen der Pulsationen stark von der Art der Pulsation abhängen. Ein Widerspruch der gemessenen Schwankungen zwischen radialen und nichtradialen Moden zeigt, dass der Durchmesser des Sterns konstant bleibt. Die Änderungen werden innerhalb weniger Jahre durch Änderungen des Rotationsprofils im Inneren des Sterns, also des stellaren Aufbaus, verursacht.