Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Wie man Sterne mit Gravitationslinsen wiegt


Himmelsaufnahme des PAN-STARRS-Teleskops auf Hawaii mit dem Vordergrundstern Ross 322 (blaues Quadrat) und dem Hintergrundstern (grün eingekreist), den Ross 322 in den nächsten Monaten passieren wird. Das Bild ist in Falschfarben dargestellt und ist schon etwas älter. Dunkle Bereich sind darin gelblich, helle Bereich dunkelrot bis schwarz dargestellt. Die von Gaia gemessen Position von Ross 322 im Sommer 2015 ist durch das kleine Dreieck dargestellt, die Linie zeigt den zu erwartende Pfad. Aktuell befindet sich der Stern innerhalb des grünen Kreises, der die Position des Hintergrundsterns markiert. (Quelle: Jonas Klüter).

Während Ross 322 den Hintergrundstern passiert (grüne Linie) wird dessen scheinbare Position im Laufe der Zeit in Folge des astrometrischen Graviationslinseneffekts auf eine charakteristische Weise verändert. Diese Veränderung zeichnet die blaue Linie nach. Die größte Ablenkung ist etwa für Anfang August 2018 zu erwarten. (Quelle: Jonas Klüter).

Himmelsaufnahme des PAN-STARRS-Teleskops auf Hawaii mit dem Vordergrundstern Ross 322 (blaues Quadrat) und dem Hintergrundstern (grün eingekreist), den Ross 322 in den nächsten Monaten passieren wird. Das Bild ist in Falschfarben dargestellt und ist schon etwas älter. Dunkle Bereich sind darin gelblich, helle Bereich dunkelrot bis schwarz dargestellt. Die von Gaia gemessen Position von Ross 322 im Sommer 2015 ist durch das kleine Dreieck dargestellt, die Linie zeigt den zu erwartende Pfad. Aktuell befindet sich der Stern innerhalb des grünen Kreises, der die Position des Hintergrundsterns markiert. (Quelle: Jonas Klüter).

Während Ross 322 den Hintergrundstern passiert (grüne Linie) wird dessen scheinbare Position im Laufe der Zeit in Folge des astrometrischen Graviationslinseneffekts auf eine charakteristische Weise verändert. Diese Veränderung zeichnet die blaue Linie nach. Die größte Ablenkung ist etwa für Anfang August 2018 zu erwarten. (Quelle: Jonas Klüter).

Mit Hilfe der Daten des Astrometrie-Satelliten Gaia haben Astronomen der Universität Heidelberg die Bewegung von Millionen von Sternen in der Milchstraße analysiert. Die Wissenschaftler konnten dabei erstmals mit höchster Präzision gegenseitige Sternbegegnungen vorhersagen. Hierbei treten charakteristische Effekte einer sogenannten relativistischen Lichtablenkung auf, die zur genauen Messung der Masse von Sternen genutzt werden kann. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics Letters”.

„Die Sterne der Milchstraße stehen nicht still, sondern bewegen sich relativ zueinander wie Mücken im Schwarm. Daher kommt es hin und wieder vor, dass sich – von der Erde aus gesehen – ein Vordergrundstern dicht an einem Stern im Hintergrund vorbei bewegt. Lichtstrahlen, die vom Hintergrundstern ausgehend auf dem Weg zu uns den Vordergrundstern passieren, werden dabei durch dessen Gravitationsfeld um einen winzigen Betrag aus seiner Richtung abgelenkt“, erläutert Prof. Dr. Joachim Wambsganß, Direktor des Astronomischen Rechen-Instituts (ARI), das zum Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) gehört. Durch diesen sogenannten „astrometrischen Gravitationslinseneffekt“ ändert sich die Position dieses Sterns am Himmel um einen winzigen, aber dennoch messbaren Betrag. Aus dieser Verschiebung und der relativen Position der sich begegnenden Sterne lässt sich die Masse des Vordergrundsterns ableiten.

„Diese Methode der Massenbestimmung ist auf wenige Prozent genau. Schwierig war bislang jedoch die Vorhersage, für welches Sternenpaar sich zu welchem Zeitpunkt eine günstige Begegnung ergibt, denn hierzu muss man die sogenannte Eigenbewegung von Sternen am Firmament mit höchster Präzision kennen“, betont Prof. Wambsganß. Die erforderliche Genauigkeit lieferte jüngst der Astrometrie-Satellit Gaia, der bereits seit rund vier Jahren die Position und Eigenbewegung von rund 1,5 Milliarden Sternen misst. Der umfangreiche Datensatz wurde im April dieses Jahres veröffentlicht.

Diese Daten nutzte Jonas Klüter, Doktorand von Prof. Wambsganß, um in den riesigen Datenmengen genau nach solchen günstigen Sternbegegnungen zu fahnden. Die Ereignisse sollten dabei nicht in ferner Zukunft, sondern innerhalb der nächsten 50 Jahre beobachtbar sein. Über diesen Zeitraum sind mit Gaia zuverlässige Vorhersagen möglich. Übrig blieben nach der umfangreichen Auswertung rund 70.000 Kandidaten, wobei nicht für alle eine messbare Verschiebung zu erwarten ist. Für zwei Sterne, die sich zur Zeit nahe eines Hintergrundsterns befinden, konnten die Wissenschaftler einen messbaren Effekt voraussagen.

Es handelt sich dabei um Luyten 143-23 und Ross 322, so die Katalog-Namen der beiden Sterne. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von rund 1.600 beziehungsweise 1.400 Millibogensekunden pro Jahr über die Himmelssphäre. Einer der Sterne, so Jonas Klüter, hat sich den Hintergrundsternen bereits Anfang Juli dieses Jahres maximal angenähert, bei dem anderen wird das Anfang August der Fall sein. Durch den Gravitationslinseneffekt führt das zu einer Verschiebung der Position der Hintergrundsterne um 1,7 beziehungsweise 0,8 Millibogensekunden.

Diese Veränderung ist ausschließlich mit den besten Teleskopen von der Erde aus messbar. Jonas Klüter führt daher eine Beobachtungskampagne unter anderem mit den Teleskopen der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile durch. Mit ihrer Hilfe verfolgt er die Annäherung der Sternenpaare und wird durch die Messung der Positionsveränderung erstmals die Massen zweier Sternen mithilfe des Graviationslinseneffekts bestimmen.


Originalpublikation

J. Klüter, U. Bastian, M. Demleitner, J. Wambsganss: Ongoing astrometric microlensing events of two nearby stars, Astronomy & Astrophysics Letters, doi 10.1051/0004-6361/201833461

Ergänzende Informationen

Pressemitteilung der Universität Heidelberg


Kontakt
Dr. Guido Thimm
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH)
Public Outreach
Phone +49 6221 54-1805
thimm@ari.uni-heidelberg.de

 

 

 

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