Präzise Temperaturmessungen von Roten Überriesen

Der Riesenstern Beteigeuze, aufgenommen vom Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte. (Credits: ESO and P. Kervella)
Der Riesenstern Beteigeuze, aufgenommen vom Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte. (Credits: ESO and P. Kervella)

Rote Überriesen sind ein Sterntyp, der sein Leben als Supernova-Explosion beendet. Ihre Lebenszyklen sind nicht vollständig verstanden, teilweise aufgrund von Schwierigkeiten bei der Messung ihrer Temperaturen. Erstmals haben Astronomen eine präzise Methode zur Bestimmung der Oberflächentemperaturen von Roten Überriesen entwickelt.

Sterne gibt es in einer breiten Vielfalt an Größen, Massen und Zusammensetzungen. Unsere Sonne wird als relativ kleines Exemplar angesehen, insbesondere wenn man sie mit einem Stern wie Beteigeuze vergleicht, der als Roter Überriese bekannt ist. Rote Überriesen sind Sterne mit mehr als der neunfachen Sonnenmasse. Diese Masse hat zur Folge, dass solche Sterne mit extremer Gewalt in einer enormen Explosion sterben – einer Supernova – speziell in sogenannten Supernovae des Typs II.

Typ-II-Supernovae reichern das Universum mit Elementen an, die für das Leben unverzichtbar sind. Deswegen sind Forscher daran interessiert, mehr über sie zu erfahren. Momentan gibt es keine Möglichkeit, Supernova-Explosionen exakt vorherzusagen. Ein Teil dieses Rätsels liegt darin, die Natur der Roten Überriesen zu verstehen, die den Supernovae vorausgehen.

Trotz der Tatsache, dass Rote Überriesen extrem hell und noch in großen Entfernungen sichtbar sind, ist es schwierig, wichtige Eigenschaften über sie zu erhalten, darunter ihre Temperaturen. Das liegt an den komplexen Strukturen ihrer oberen Atmosphären, was zu Inkonsistenzen bei der Temperaturmessung führt, die bei anderen Sterntypen funktionieren könnte.

“Um die Temperatur von Roten Überriesen zu messen, mussten wir eine sichtbare oder spektrale Eigenschaft finden, die nicht durch ihre komplexen oberen Atmosphären beeinflusst wird”, sagte der Doktorand Daisuke Taniguchi vom Department of Astronomy an der University of Tokyo. “Chemische Signaturen, die als Absorptionslinien bezeichnet werden, waren ideale Kandidaten, aber es gibt keine einzelne Linie, die allein die Temperatur offenbart. Durch die Betrachtung des Verhältnisses zwischen zwei unterschiedlichen, aber zusammenhängenden Linien (jene von Eisen) stellten wir fest, dass das Verhältnis selbst von der Temperatur abhängt. Und das tat es in einer konsistenten und vorhersagbaren Weise.”

Taniguchi und sein Team beobachteten Kandidatensterne mit einem Instrument namens WINERED, das an Teleskopen installiert wird, um spektrale Eigenschaften entfernter Objekte zu messen. Die Wissenschaftler maßen die Eisen-Absorptionslinien und berechneten die Verhältnisse, um die Temperaturen der jeweiligen Sterne zu schätzen. Durch die Kombination dieser Temperaturmessungen mit exakten Entfernungsmessungen des ESA-Weltraumobservatoriums Gaia berechneten sie die Helligkeit oder Leuchtkraft der Sterne und stellten fest, dass ihre Ergebnisse mit der Theorie übereinstimmten.

“Wir haben noch viel über Supernovae und die damit zusammenhängenden Objekte und Phänomene zu lernen, aber ich denke, diese Forschungsarbeit wird Astronomen helfen, ein paar der Lücken zu schließen”, sagte Taniguchi. “Der Riesenstern Beteigeuze (der linke Schulterstern des Orion) könnte noch zu unseren Lebzeiten explodieren. In den Jahren 2019 und 2020 wurde er unerwarteterweise schwächer. Es wäre faszinierend, wenn wir vorhersagen könnten, ob und wann er als Supernova explodiert. Ich hoffe, unsere neue Technik trägt zu diesem Vorhaben und mehr bei.”

Abhandlung: “Effective temperatures of red supergiants estimated from line-depth ratios of iron lines in the YJ bands, 0.97–1.32 μm” von Daisuke Taniguchi, Noriyuki Matsunaga, Mingjie Jian, Naoto Kobayashi, Kei Fukue, Satoshi Hamano, Yuji Ikeda, Hideyo Kawakita, Sohei Kondo, Shogo Otsubo, Hiroaki Sameshima, Keiichi Takenaka und Chikako Yasui, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Quelle

(THK)

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