Neue Methode hilft bei Bestimmung der Lebensfreundlichkeit fremder Welten

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Sterne im Diagramm: Die typische Zeitskala der akustischen Schwingungen und konvektiven Bewegungen eines Sterns gibt Aufschluss über die Schwerebeschleunigung an seiner Oberfläche. Links unten befinden sich Sterne wie unsere Sonne mit sehr hoher Schwerebeschleunigung und kurzen Schwingungs- und Konvektionszeitskalen. Im Lauf ihres Lebens bewegen sich Sterne zu immer längeren Zeitskalen und daher niedrigeren Schwerebeschleunigungen. Dabei ändern sich die Radien der Sterne drastisch. Rechts oben befinden sich die roten Riesensterne mit der etwa 50-fachen Größe unserer Sonne.

Copyright: Thomas Kallinger

Göttingen (Deutschland) – Nicht nur für unser Gewicht auf anderen Himmelskörpern ist die Schwerkraft auf den jeweiligen Oberflächen von Bedeutung – auch für die Schwerebeschleunigung ganzer Sterne. Ein internationales Wissenschaftlerteam hat nun eine neue Methode entwickelt, mit der die Gravitation an der Oberfläche auch ferner Sterne bis auf wenige Prozent genau bestimmt werden kann. Damit lassen sich auch die Größe und die Bewohnbarkeit von diesen Sterne umkreisenden Exoplaneten besser ermitteln.

Die meisten der bislang mehr als 2000 entdeckten sogenannten Exoplaneten – also Planeten, die ferne Sterne umkreisen – wurden mit der sogenannten Transitmethode entdeckt: Immer wenn der Planet an der von der Erde (oder einem Weltraumteleskop) aus sichtbaren „Sonnenscheibe“ seines Sterns vorüberzieht, blockiert er für die Dauer dieser Passage (dem sog. Transit) das Licht seines Sterns. Aus der messbaren Lichtkurve lässt sich dann auch die Größe des vorbeiziehenden Planeten bestimmen. Dies aber immer nur relativ zur Größe seines Sterns.

Um nun also herauszufinden, ob der Planet unserer Erde ähnlich ist, oder ob es sich beispielsweise um einen sog. Gasriesen wie Jupiter handelt, müssen die Eigenschaften des Sterns genau bekannt sein. Kennt man also die genaue Schwerebeschleunigung, lässt sich dessen Größe und damit auch die seines Planeten ableiten. Bisher war die genaue Messung der Schwerebeschleunigung allerdings nur für wenige und relativ helle Sterne möglich.

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Wie Astronomen des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen, der Universität Wien sowie aus Kanada, Frankreich und Australien aktuell im Fachjournal „Science Advances“ (DOI: 10.1126/sciadv.1500654) berichten, erlaube die nun neu entwickelte Methode, die Oberflächengravitation bei nahezu gleichbleibender Genauigkeit für wesentlich lichtschwächere Sterne zu bestimmen.

„Das Verfahren bedient sich minimaler Helligkeitsschwankungen des Sternlichts“, erläutert die Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft. „Obwohl das Leuchten der Sterne am Nachthimmel auf den ersten Blick konstant erscheint, ist es doch messbaren Änderungen unterworfen: Akustische Schwingungen im Innern eines Sterns verändern die Menge des abgestrahlten Lichts, genauso wie konvektive Bewegungen – das Aufsteigen heißer Gasblasen und deren Absinken nach dem Abkühlen.

Beide Phänomene werden direkt von der Oberflächengravitation des Sterns beeinflusst. Sie lassen sich daher für die Messung der Schwerebeschleunigung, die sich aus der Masse und dem Radius des Sterns ergibt, nutzen.“
Das neue Verfahren, das die Forscher „Autocorrelation Function Timescale Technique“ oder kurz „Timescale Technique“ nennen, erlaubt es nun, auch für lichtschwache Sterne mit stark verrauschten Lichtkurven einen genauen Wert für die Schwerebeschleunigung mit einer Genauigkeit von bis zu vier Prozent – statt bislang 25 – zu ermitteln.

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