Geheimnisse der Cepheiden: Präzise Messungen revolutionieren unser Wissen über das Universum

BerlinGenauere Messungen erweitern unser Wissen über Cepheiden. Diese Sterne leuchten regelmäßig heller und dunkler auf. Sie sind für Astronomen von großer Bedeutung, da sie helfen, immense Entfernungen im All zu messen, was entscheidend für das Verständnis der Größe des Universums ist. Allerdings ist das Studium dieser Sterne schwierig, weil ihre Helligkeitsveränderungen und Interaktionen mit Begleitsternen komplexe Muster erzeugen.

Forscher benötigen präzise Messungen, um diese Muster zu verstehen. Radialgeschwindigkeiten von Cepheiden sind dabei äußerst nützlich, aber schwer zu erfassen. Der Astrophysiker Richard I. Anderson von der EPFL betont die Bedeutung hochwertiger Radialgeschwindigkeiten. Das VELOCE-Projekt hat diese Herausforderung erfolgreich angegangen.

Das VELOCE-Projekt:

• Läuft seit über 12 Jahren
• Erfasste mehr als 18.000 Messdaten
• Untersuchte 258 Cepheiden-Sterne
• Verwendete fortschrittliche Spektrographen

Das Projekt ist eine Zusammenarbeit von EPFL, der Universität Genf und der KU Leuven. Die Beobachtungen wurden mit dem Schweizer Euler-Teleskop in Chile sowie dem flämischen Mercator-Teleskop auf La Palma durchgeführt. Anderson initiierte VELOCE während seiner Doktorarbeit und schloss es an der EPFL ab. Sein Doktorand Giordano Viviani half dabei, die Daten zugänglich zu machen.

Die Messungen sind äußerst genau. Die Geschwindigkeiten von Cepheiden können sich um bis zu 70 km/s ändern. VELOCE hat diese Veränderungen mit einer Genauigkeit von 130 km/h und manchmal sogar bis zu 7 km/h gemessen. Hierfür wurden zwei hochauflösende Spektrographen namens HERMES und CORALIE eingesetzt.

Der Dopplereffekt spielte eine entscheidende Rolle in dieser Studie. Dieser Effekt ermöglicht die Bestimmung der Geschwindigkeit eines Objekts durch die Analyse von Frequenzänderungen seiner Wellen. Mithilfe dieser Methode sammelten VELOCE-Forscher extrem präzise Daten.

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Das VELOCE-Projekt hat neue Erkenntnisse über Cepheiden-Sterne gewonnen. Sie entdeckten Doppelspitzen in den Pulsationen der Sterne, bekannt als die Hertzsprung-Progression. Dies bietet neue Einblicke in die Struktur dieser Sterne. Außerdem zeigte die Datenanalyse, dass die Bewegungen der Sterne komplex sind und nicht alle ihrer Pulsationen regelmäßig verlaufen, was bestehende Modelle in Frage stellt.

Einblicke in die Sterne: Neue Erkenntnisse zu den Prozessen in Cepheiden

Einige der entdeckten Phänomene deuten auf komplexe Vorgänge im Inneren der Sterne hin. Diese könnten Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Schichten oder zusätzliche Pulsationssignale umfassen. Henryka Netzel, eine Postdoktorandin in der Arbeitsgruppe von Anderson, erklärt, dass diese Erkenntnisse helfen könnten, die Struktur von Cepheiden durch Asteroseismologie zu entschlüsseln. Erste Nachweise solcher Signale werden in einer separaten Publikation von Netzel und Kollegen beschrieben.

Die Untersuchung entdeckte auch mehrere Doppelsternsysteme, darunter 77 Cepheiden und 14 potenzielle Kandidaten. Shreeya Shetye, eine ehemalige Postdoktorandin bei Anderson, leitete eine weitere Studie über diese Systeme. Etwa jede dritte Cepheide hat einen unsichtbaren Begleiter, der durch den Dopplereffekt entdeckt wurde.

Das Verständnis von Cepheiden ist entscheidend, da sie Informationen über die Entwicklung von Sternen liefern und helfen, Entfernungen im Weltraum sowie die Expansionsrate des Universums zu messen. VELOCE kann auch weniger genaue Daten der ESA-Mission Gaia überprüfen. Gaia hat das Ziel, die umfangreichste Datensammlung zu Cepheiden-Radialgeschwindigkeiten zu erfassen.