Versteckte Zwergsterne in unserer Nachbarschaft

Ralf-Dieter ScholzAstrophysikalisches Institut Potsdam

Lange Nacht der Sterne am AIP, 10. September 2005

Proxima Centauri – der nächste Stern

roter Zwergstern (Spektraltyp M5, Entfernung etwa 4 Lichtjahre)

auf drei Archivaufnahmen: 1976 1982 1993

Blaufilter Infrarotfilter Rotfilter

jede Aufnahme zeigt Himmelsauschnit von 2 mal 2 BogenminutenEigenbewegung von etwa 4 Bogensekunden pro Jahr!

Winkelmessung am Himmel

sphärisches Koordinatensystem (z.B. Äquatorialsystem):

2 Winkelkoordinaten Rektaszension (0 bis 24 Stunden bzw. 360 Grad) Deklination (−90 bis +90 Grad) 1 Grad = 60 Bogenminuten = 3600 Bogensekunden3. Koordinate = Entfernung

Größenverhältnisse am Himmel

M31: ~4˚, (1˚=60‘=3600“) Mond: 31‘, Jupiter: max. 48“

M31Andromeda-Galaxie Mond

Mond + Jupiter (vergrößert)

Der sichtbare Sternenhimmel

:keine Zwergsterne zu

sehen!

vorwiegend weit entfernte heiße

und/oder Riesensterne

wenige rote Sterne (z.B. roter Riese

Betelgeuse im Orion)

Riesen, Zwerge... sagenhafte Welt der SterneHertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) bzw. Farben-Helligkeits-

Diagramm (FHD)

hellste Sterne am Himmel:

Fortsetzung: L T Y? (braune Zwerge)

Riesen, Zwerge... sagenhafte Welt der SterneHertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) bzw. Farben-Helligkeits-

Diagramm (FHD)

hellste Sterne am Himmel: tatsächliche Mehrheit der Zwergsterne:

Fortsetzung: L T Y? (braune Zwerge)

... Unterzwerge (nicht eingezeichnet)

Umgebung

der Sonne

in 3-D

Größenvergleich mit Sonnensystem

gewaltige Entfernungen zwischen den Sternen!(s. www.anzwers.org/free/universe/)

Die Schwierigkeit der Entfernungsmessung Sternbewegung am Himmel:

Eigenbewegung (linear) +

parallaktische Bewegung (Ellipse)

trigonometrische Parallaxe:

1 Bogensekunde (arcsec)entspricht 1 pc Entfernung

(3.26 Lichtjahre)

Problem:

Messgenauigkeit:sehr kleine Winkel,milli-arcsec (mas)

lange Messreihen(mehrere Jahre) notwendig um Eigenbewegung von Parallaxe zu trennen

Indiz für Nähe: große Eigenbewegung

● Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre (Bogensekunden pro Jahr: arcsec/yr)

Indiz für Nähe: große Eigenbewegung

● Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre (Bogensekunden pro Jahr: arcsec/yr)

● tatsächliche Geschwindigkeit [in km/s] ergibt sich erst bei bekannter Entfernung von der Sonne: vtan = 4.76 · µ · d [d in pc]

Indiz für Nähe: große Eigenbewegung

● Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre (Bogensekunden pro Jahr: arcsec/yr)

● tatsächliche Geschwindigkeit [in km/s] ergibt sich erst bei bekannter Entfernung von der Sonne: vtan = 4.76 · µ · d [d in pc]

● typische relative Geschwindigkeit der Sterne im lokalen Spiralarm (in der Scheibe) der Milchstraße ~ 40 km/s

Indiz für Nähe: große Eigenbewegung

● Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre (Bogensekunden pro Jahr: arcsec/yr)

● tatsächliche Geschwindigkeit [in km/s] ergibt sich erst bei bekannter Entfernung von der Sonne: vtan = 4.76 · µ · d [d in pc]

● typische relative Geschwindigkeit der Sterne im lokalen Spiralarm (in der Scheibe) der Milchstraße ~ 40 km/s

● typischer Scheiben-Stern mit µ = 1 arcsec/yr liegt bei d ~ 10 pc

Indiz für Nähe: große Eigenbewegung

● Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre (Bogensekunden pro Jahr: arcsec/yr)

● tatsächliche Geschwindigkeit [in km/s] ergibt sich erst bei bekannter Entfernung von der Sonne: vtan = 4.76 · µ · d [d in pc]

● typische relative Geschwindigkeit der Sterne im lokalen Spiralarm (in der Scheibe) der Milchstraße ~ 40 km/s

● typischer Scheiben-Stern mit µ = 1 arcsec/yr liegt bei d ~ 10 pc ● Halo-Sterne haben ~5x höhere Geschwindigkeit relativ zur

Sonne!

Besuch aus dem Halo der Galaxis

SSSPM J1444−2019Bei dem am AIP entdeckten Unterzwergstern mit der

extremen Eigenbewegung von 3.5 arcsec/yr handelt es

sich wahrscheinlich um das der Erde nächste Halo-Objekt,

das zur Zeit unsere Nachbarschaft durchquert

1976

1985

1994

Sterne mit genau

gemessenen Entfernunge

n

HRD-FHD fürca. 22000 Sterne vom Hipparcos-Satelliten

vermessen +

etwa 1000 Sterne mit erdgebundenen

Teleskopen

rote (und weiße ?) Zwergsterne deutlich unterrepräsentiert!

www.anzwers.org/free/universe/

Verborgene Sternsysteme in unserer Nähe

innerhalb von 5 pc:44 Systeme (vollständig)Henry et al. (1997)

innerhalb von 10 pc:229 identifiziert130 unerkannt (36%)Henry et al. (1997)

innerhalb von 25 pc:~2000 bekannte Systeme~3500 verborgene (63%)Henry et al. (2002)

Annahmen:1) gleichmäßige Verteilung2) Vollständigkeit bis zu 5 pc

?

?

Verborgene Sternsysteme in unserer Nähe

innerhalb von 5 pc:44 Systeme (vollständig)Henry et al. (1997)aber: 3 Neuentdeckungen seitdem!!

innerhalb von 10 pc:229 identifiziert130 unerkannt (36%)Henry et al. (1997)

innerhalb von 25 pc:~2000 bekannte Systeme~3500 verborgene (63%)Henry et al. (2002)

Annahmen:1) gleichmäßige Verteilung2) Vollständigkeit bis zu 5 pc

?

?

Prognose für zukünftige Entdeckungen

Aufsummierte Zahl der Sternsysteme in Abhängigkeit von der Entfernung(1/Parallaxe = Entfernung)

schwarze Kreise: heute bekannte Sternsysteme

rote Linie: Voraussage ausgehend von unserer Kenntnis bis 5 pc bei an-genommener gleichbleibender Sterndichte bis 10 pc

Henry et al. (1997)

Was macht die Nachbarsterne interessant?

● nächste Vertreter jedes Sterntyps lassen sich am besten im Detail untersuchen

● viele Methoden zur Suche nach Planeten um andere Sterne funktionieren nur bei nahen Objekten

● Entdeckung neuartiger leuchtschwacher Objekte (rote und braune Zwerge/Unterzwerge + kalte weiße Zwerge) – beste Chancen in unmittelbarer Nähe

● vollständiges Bild über die Welt der Sterne (Massen, Alter, Geschwindigkeiten, Doppel- und Mehrfachsysteme, etc.) – nur in der Sonnenumgebung möglich

Such-Werkzeuge für nahe rote Zwerge

Entdeckung eines roten Zwergsterns (LHS 2090) in nur 6 pc Entfernung

durch KombinationEigenbewegung +auffällig rote Farbe

(Bestätigung durch spektroskopischeBeobachtung)

Scholz, Meusinger & Jahreiß (2001)

Alte Kataloge (z.B. + neue infrarote Himmels-Luyten Half Second durchmusterung (Two Micron= LHS) und Archive All Sky Survey = 2MASS)

Eigenbewegung enorme Helligkeit im infraroten Licht

Abhängigkeit abs. Helligkeit vom Spektraltyp

Eichkurve aus Scholz, Meusinger & Jahreiß (2005)

Die absolute Helligkeit M ist die Helligkeit, die ein Stern hätte, wenn wir ihn aus einer Entfernung von 10 pc beobachten würden.

Aus der Differenzscheinbare−absoluteHelligeit (m−M) lässtsich die Entfernung dberechnen:

m−M=5 log (d/10pc)

photometrische oder spektroskopische Entfernung!(wesentlich einfacher zu bestimmen als die trigonometrische Parallaxe)

Spektren später Spektraltypen (rote+braune

Zwerge)

Kirkpatrick et al. (1999)

neue Spektraltypen L und T in Fortsetzung der Reihe OBAFGKM erst in letzten Jahren definiert

Objekte mit ~2000...<1000 K Oberflächentemperatur noch kühler als die bis dahin bekannten roten Zwerge (M-Zwerge)

Unterscheidung Brauner Zwerge von

Sternen

(www.astron.berkeley.edu/~stars/bdwarfs/)

Masse in Sonnenmassen: 1 0.6...0.08 0.08...0.013 0.001

Kritische Masse (0.08 Msonne) für Sterne nicht erreicht, deshalb keine Kernfusionsprozesse

schwach leuchtend, rote Farbe (geringe Oberflächentemperatur),Methan, Lithium, ... (s. Spektren),Masse aber nur selten messbar!

Entdeckung des bisher nächsten Braunen Zwergs

Scholz et al. (2003)

bei Suche nach Objekten mit hoher EB

Entdeckung des bisher nächsten Braunen Zwergs

Scholz et al. (2003)

... aufgelöst als

Doppelsystem

McCaughrean et al. (2004)

bei Suche nach Objekten mit hoher EB mit Hilfe adaptiver Optik am VLT

0.7 arcsec

Entdeckung des bisher nächsten Braunen Zwergs

Scholz et al. (2003) EB+Parallaxe+Bahnbewegung (Simulation)

... aufgelöst als

Doppelsystem

McCaughrean et al. (2004)

bei Suche nach Objekten mit hoher EB mit Hilfe adaptiver Optik am VLT

0.7 arcsec

+Ba, Bb

hohe Dunkelziffer für Braune Zwerge!

>90% unerkannt!