Die heißesten Sterne im Universum drehen sich so schnell, dass sie an ihren Polen etwas abgeflacht und am Äquator etwas leuchtschwächer sind. Die 90 Jahre alte Theorie, die das Ausmaß dieses als “Gravity-Darkening” bezeichneten Phänomens beschreibt, weist einer neuen Studie unter der Leitung von Astronomen der University of Michigan zufolge große Mängel auf.
Das Von-Zeipel-Gesetz von 1924, benannt nach seinem Entdecker, dem schwedischen Astronomen Edvard Hugo von Zeipel, wurde den längsten Teil des Jahrhunderts benutzt, um die Unterschiede in der Oberflächengravitation, Helligkeit und Temperatur zwischen den Polen und dem Äquator eines schnell rotierenden Sterns vorauszusagen. (Anm. d. Red.: Durch die Abplattung liegen die Pole des Sterns näher am Zentrum als der Äquator, was eine höhere Gravitationskraft an der Oberfläche und eine höhere Temperatur sowie eine höhere Helligkeit zur Folge hat.)
Indem sie eine Technologie namens Interferometrie verwendeten, konnten die Forscher auf den Winterstern Regulus einzoomen und Nahaufnahmen machen sowie Messungen durchführen. Er ist der hellste Stern im Sternbild Leo (Löwe) und wenn seine Rotationsgeschwindigkeit nur wenige Prozent schneller wäre, würde er auseinander fliegen.
Die Astronomen fanden heraus, dass die aktuelle Temperaturdifferenz zwischen seinem Äquator und seinen Polen viel geringer ist als die alte Theorie voraussagt. “Unser auf Interferometriedaten basierendes Modell zeigt, dass das Gesetz die Veränderungen der Oberflächentemperatur zwar korrekt beschreibt, jedoch quantitativ abweicht”, sagte Xiao Che, ein Doktorand am Department of Astronomy und Erstautor der Studie, die am 20. April im Astrophysical Journal veröffentlicht wird.
“Für mich ist es überraschend, dass Von-Zeipels Gesetz so lange Zeit in der Astronomie verwendet wurde, obwohl es nur wenige solide Beobachtungen gibt, die es belegen.” Es ist wichtig, die Zahlen richtig zu verstehen”, sagt John Monnier, ein Dozent am Department of Astronomy der University of Michigan.
“In manchen Fällen fanden wir einen Unterschied von 5.000 Grad Fahrenheit (etwa 2.760 Grad Celsius) zwischen den Voraussagen der Theorie und den aktuellen Messungen von uns”, sagte Monnier. “Das hat große Auswirkungen auf die Gesamthelligkeit. Wenn wir das nicht berücksichtigen, berechnen wir die Masse, das Alter und den gesamten Energieausstoß des Sterns falsch.”
Monnier leitete die Entwicklung des Michigan Infra-Red-Combiner (MIRC) Instruments, das für die Beobachtungen verwendet wurde, die zu dieser Entdeckung führten. MIRC benutzt Interferometrie, um das Licht zusammenzuführen, das an vier Teleskopen des CHARA Arrays an der Georgia State University eintrifft, so dass es so scheint, als käme es durch ein Gerät, das 100 Mal größer ist als das Hubble Weltraumteleskop. Die Technik lässt Astronomen die Form und Oberflächenmerkmale von Sternen erkennen. Vorher waren Sterne selbst in den größten Teleskopen nur winzige Lichtpunkte.
In diesem Fall konnten die Forscher durch das Einzoomen die Temperaturen an den Polen und am Äquator von Regulus separat messen. “Normalerweise wäre man nur in der Lage, eine Durchschnittstemperatur zu bekommen”, sagte Monnier.
Also wo machte Von Zeipel einen Fehler? Monnier glaubt, sein schwedischer Vorgänger hat die Zirkulationen auf den Sternen nicht in Betracht gezogen, die irdischen Windströmungen nicht unähnlich sind. “Die Erde besitzt einen heißen Äquator und kalte Pole und das erzeugt Luftzirkulationen”, sagte Monnier. “Die heiße Luft will in Richtung der Pole fließen und sich die Temperaturen einander angleichen. Das ist die Quelle einiger Wetterphänomene auf der Erde.”
Die Studie trägt den Titel “Colder and Hotter: Interferometric imaging of β Cassiopeiae and α Leonis”. Das CHARA Array wird von der National Science Foundation und der Georgia State University finanziell unterstützt. Die Finanzierung für das MIRC Instrument kam von der University of Michigan und die Beobachtungen wurden von der National Science Foundation und der NASA unterstützt.
Quelle: http://ns.umich.edu/htdocs/releases/story.php?id=8374
(THK)
Antworten