News: Unter einem guten Stern
Schon mit bloßem Auge lassen sich Unterschiede zwischen Sternen ausmachen. Doch erst mit größerem Aufwand wird das reiche Spektrum verschiedener Typen so richtig deutlich. Mit ganz viel technischem Know-how finden sich indes wieder Gemeinsamkeiten - zumindest, was die Entstehungsgeschichte der Himmelskörper angeht.
© (Ausschnitt)
Die Sichtbedingungen von der Erde sind häufig nicht die besten. Selbst in absolut sternenklaren Nächten, weitab von künstlichen Lichtquellen, ist es immer noch unsere Atmosphäre, die astronomischen Beobachtungen Grenzen setzt – insbesondere in Horizontnähe. Temperatur- und Dichteunterschiede sowie Luftströmungen sorgen für unterschiedliche Brechungsindices und lenken die Lichtstrahlen von Himmelskörpern mal hier hin, mal dort hin ab. Das typische Flackern der Fixsterne entsteht auf diese Weise. Nicht umsonst setzt man in der professionellen Astronomie auf die etwas ruhigere Luft oberhalb von Berggipfeln oder verfrachtet das optische Gerät gleich ganz in den Weltraum, wie beim Hubble-Weltraumteleskop geschehen.
Gerade letzteres ist jedoch nicht eben billig, wie jüngste Meldungen um die Zukunft des Beobachtungsgeräts angesichts knapper Kassen und neuer Prioritäten bei der NASA zeigen. Doch muss es immer ein Weltraumteleskop sein? Lassen sich nicht auch auf Erden gute Beobachtungsbedingungen schaffen?
Nun, die Atmosphäre lässt sich kaum wegzaubern, aber mit ein paar Tricks kann man ihren negativen Einfluss auf astronomische Beobachtungen zumindest minimieren. Adaptive Optik heißt das Stichwort und meint ein System, bei dem durch bestimmte Elemente im Strahlengang – etwa durch flexible Spiegel – Fehler, die in der Atmosphäre entstehen, kompensiert werden können. Doch damit der Computer weiß, wie er die Spiegelfläche zu orientieren hat, um ein optimales Bild zu erzeugen, bedarf es einer Referenz. In der Regel suchen sich Astronomen dafür einen hellen Stern in der Nähe des eigentlich zu untersuchenden Objekts. Aber was tun, wenn ein solcher nicht vorhanden ist? Denn nach optimistischer Schätzung besitzen nur zehn Prozent der interessanten astronomischen Objekte einen Nachbarstern, der als Referenzstern taugt.
Die Lösung: Man projiziere selbst einen Stern ans Himmelszelt. Das geht. Alles was man dazu braucht, ist ein starker Laserstrahl. Am Lick Observatory steht dazu seit einiger Zeit ein elf bis zwölf Watt starker Farbstofflaser zur Verfügung, der den Strahl eines Neodym-YAG-Pump-Lasers in Natriumlicht umsetzt. Fest montiert am Teleskop durchstrahlt der Laser die rund 100 Kilometer mächtige turbulente Zone der Atmosphäre und stimuliert in oberen Atmosphärenschichten Natrium-Atome zur Emission von Licht: der eigentliche künstliche Stern. Der gelb leuchtende Fleck am Himmel ist zwar mit dem Auge nicht auszumachen, als Objekt neunter Größenklasse – so geben Astronomen die scheinbare Helligkeit von Himmelskörpern an – aber sehr wohl von Teleskopen deutlich zu erkennen.
Anhand dieses Lichts lassen sich die Turbulenzen der Atmosphäre messen – hundertmal pro Sekunde, und die beweglichen Spiegel des Teleskops können in eine Position bewegt werden, welche die Störungen kompensiert. Mittlerweile sind einige der großen Observatorien mit derart künstlichen Sternen ausgestattet, nun muss sich auch in der Praxis erweisen, wie gut die Technik funktioniert.
Seine Feuerprobe hat jetzt das System am Lick Observatory bestanden. Die Astronomen um Marshall Perrin von der University of California in Berkeley hatten den 3-Meter-Shane-Reflektor des Observatoriums auf zwei vergleichsweise seltene junge, massereiche Sterne gerichtet – so genannte Herbig-Ae/Be-Sterne. Normalerweise sind diese Himmelskörper, die mit 1,5 bis 10 Sonnenmassen zu den stellaren Mittelgewichten zählen, nur unscharf von der Erde aus zu erkennen. Ganz anders nun jedoch die Bilder, die sich den Forschern von LkH-alpha 198 und LkH-alpha 233 zeigten. Hier sind deutlich zwei kegelförmige Nebel sowie Jet-artige Strukturen zu erkennen. Eigentlich genau das, was man bereits von den eher leichtgewichtige T-Tauri-Sternen kennt.
Diese Sterne, deren Masse zwischen einem zehntel und drei Sonnenmassen liegt, stehen ebenfalls am Anfang ihrer Sternentwicklung und entledigen sich über Materieausströmungen eines Teils ihres Drehimpuls, sodass weitere Materie auf den neu entstehenden Stern strömen kann. Perrin erklärt: "Diese Ausströmungen fegen schließlich die Hülle weg und lassen einen neugeborenen Stern umgeben von einer Akkretionsscheibe zurück." Bei den beiden Herbig-Sternen scheint sich ein ebensolcher Prozess abzuspielen – durchaus eine bemerkenswerte Entdeckung, denn laut James Graham, ebenfalls aus Berkeley, funktioniert dieser Prozess ab einer bestimmten Masse nicht mehr. Die Helligkeit des Sterns, und damit sein Strahlungsdruck, ist dann so groß, dass die Akkretionsscheibe schlicht weggepustet wird. Die Bilddaten des Lick Observatory zeigen nun, dass das bei den untersuchten Herbig-Sternen nicht der Fall ist.
Den Bildern von LkH-alpha 198 und 233 kam dabei nicht nur der künstliche Stern zugute, der half, atmosphärisch bedingte Störungen zu entzerren, auch ein neues Polarimeter war den Astronomen dienlich. Hiermit können die Forscher das unpolarisierte Sternenlicht von dem polarisierten Licht trennen, das durch Streuung an der ringförmigen Staubwolke entsteht. Die Staubteilchen lassen sich so besser detektieren.
Das Ergebnis der Beobachtung scheint jedenfalls vielversprechend: "Unsere Daten zeigen, dass das Standardmodell auch für Sterne mit zwei bis drei Sonnenmassen funktioniert", freut sich Graham. Nun hofft der Wissenschaftler, noch mehr Herbig-Sterne aufs Korn nehmen zu können, um dieses Modell für die Sternentstehung auch bei noch schweren Sternen überprüfen zu können. Der künstliche Stern wird ihm dabei sicherlich noch gute Dienste leisten.
Gerade letzteres ist jedoch nicht eben billig, wie jüngste Meldungen um die Zukunft des Beobachtungsgeräts angesichts knapper Kassen und neuer Prioritäten bei der NASA zeigen. Doch muss es immer ein Weltraumteleskop sein? Lassen sich nicht auch auf Erden gute Beobachtungsbedingungen schaffen?
Nun, die Atmosphäre lässt sich kaum wegzaubern, aber mit ein paar Tricks kann man ihren negativen Einfluss auf astronomische Beobachtungen zumindest minimieren. Adaptive Optik heißt das Stichwort und meint ein System, bei dem durch bestimmte Elemente im Strahlengang – etwa durch flexible Spiegel – Fehler, die in der Atmosphäre entstehen, kompensiert werden können. Doch damit der Computer weiß, wie er die Spiegelfläche zu orientieren hat, um ein optimales Bild zu erzeugen, bedarf es einer Referenz. In der Regel suchen sich Astronomen dafür einen hellen Stern in der Nähe des eigentlich zu untersuchenden Objekts. Aber was tun, wenn ein solcher nicht vorhanden ist? Denn nach optimistischer Schätzung besitzen nur zehn Prozent der interessanten astronomischen Objekte einen Nachbarstern, der als Referenzstern taugt.
Die Lösung: Man projiziere selbst einen Stern ans Himmelszelt. Das geht. Alles was man dazu braucht, ist ein starker Laserstrahl. Am Lick Observatory steht dazu seit einiger Zeit ein elf bis zwölf Watt starker Farbstofflaser zur Verfügung, der den Strahl eines Neodym-YAG-Pump-Lasers in Natriumlicht umsetzt. Fest montiert am Teleskop durchstrahlt der Laser die rund 100 Kilometer mächtige turbulente Zone der Atmosphäre und stimuliert in oberen Atmosphärenschichten Natrium-Atome zur Emission von Licht: der eigentliche künstliche Stern. Der gelb leuchtende Fleck am Himmel ist zwar mit dem Auge nicht auszumachen, als Objekt neunter Größenklasse – so geben Astronomen die scheinbare Helligkeit von Himmelskörpern an – aber sehr wohl von Teleskopen deutlich zu erkennen.
Anhand dieses Lichts lassen sich die Turbulenzen der Atmosphäre messen – hundertmal pro Sekunde, und die beweglichen Spiegel des Teleskops können in eine Position bewegt werden, welche die Störungen kompensiert. Mittlerweile sind einige der großen Observatorien mit derart künstlichen Sternen ausgestattet, nun muss sich auch in der Praxis erweisen, wie gut die Technik funktioniert.
Seine Feuerprobe hat jetzt das System am Lick Observatory bestanden. Die Astronomen um Marshall Perrin von der University of California in Berkeley hatten den 3-Meter-Shane-Reflektor des Observatoriums auf zwei vergleichsweise seltene junge, massereiche Sterne gerichtet – so genannte Herbig-Ae/Be-Sterne. Normalerweise sind diese Himmelskörper, die mit 1,5 bis 10 Sonnenmassen zu den stellaren Mittelgewichten zählen, nur unscharf von der Erde aus zu erkennen. Ganz anders nun jedoch die Bilder, die sich den Forschern von LkH-alpha 198 und LkH-alpha 233 zeigten. Hier sind deutlich zwei kegelförmige Nebel sowie Jet-artige Strukturen zu erkennen. Eigentlich genau das, was man bereits von den eher leichtgewichtige T-Tauri-Sternen kennt.
Diese Sterne, deren Masse zwischen einem zehntel und drei Sonnenmassen liegt, stehen ebenfalls am Anfang ihrer Sternentwicklung und entledigen sich über Materieausströmungen eines Teils ihres Drehimpuls, sodass weitere Materie auf den neu entstehenden Stern strömen kann. Perrin erklärt: "Diese Ausströmungen fegen schließlich die Hülle weg und lassen einen neugeborenen Stern umgeben von einer Akkretionsscheibe zurück." Bei den beiden Herbig-Sternen scheint sich ein ebensolcher Prozess abzuspielen – durchaus eine bemerkenswerte Entdeckung, denn laut James Graham, ebenfalls aus Berkeley, funktioniert dieser Prozess ab einer bestimmten Masse nicht mehr. Die Helligkeit des Sterns, und damit sein Strahlungsdruck, ist dann so groß, dass die Akkretionsscheibe schlicht weggepustet wird. Die Bilddaten des Lick Observatory zeigen nun, dass das bei den untersuchten Herbig-Sternen nicht der Fall ist.
Den Bildern von LkH-alpha 198 und 233 kam dabei nicht nur der künstliche Stern zugute, der half, atmosphärisch bedingte Störungen zu entzerren, auch ein neues Polarimeter war den Astronomen dienlich. Hiermit können die Forscher das unpolarisierte Sternenlicht von dem polarisierten Licht trennen, das durch Streuung an der ringförmigen Staubwolke entsteht. Die Staubteilchen lassen sich so besser detektieren.
Das Ergebnis der Beobachtung scheint jedenfalls vielversprechend: "Unsere Daten zeigen, dass das Standardmodell auch für Sterne mit zwei bis drei Sonnenmassen funktioniert", freut sich Graham. Nun hofft der Wissenschaftler, noch mehr Herbig-Sterne aufs Korn nehmen zu können, um dieses Modell für die Sternentstehung auch bei noch schweren Sternen überprüfen zu können. Der künstliche Stern wird ihm dabei sicherlich noch gute Dienste leisten.
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