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Versteckte Zwergsterne in unserer Nachbarschaft Ralf-Dieter Scholz Astrophysikalisches Institut Potsdam Lange Nacht der Sterne am AIP, 10. September 2005.

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Präsentation zum Thema: "Versteckte Zwergsterne in unserer Nachbarschaft Ralf-Dieter Scholz Astrophysikalisches Institut Potsdam Lange Nacht der Sterne am AIP, 10. September 2005."—  Präsentation transkript:

1 Versteckte Zwergsterne in unserer Nachbarschaft Ralf-Dieter Scholz Astrophysikalisches Institut Potsdam Lange Nacht der Sterne am AIP, 10. September 2005

2 Proxima Centauri – der nächste Stern roter Zwergstern (Spektraltyp M5, Entfernung etwa 4 Lichtjahre) auf drei Archivaufnahmen: Blaufilter Infrarotfilter Rotfilter jede Aufnahme zeigt Himmelsauschnit von 2 mal 2 Bogenminuten Eigenbewegung von etwa 4 Bogensekunden pro Jahr!

3 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 Bogensekunden 3. Koordinate = Entfernung

4 Größenverhältnisse am Himmel M31: ~4˚, (1˚=60‘=3600“) Mond: 31‘, Jupiter: max. 48“ M31 Andromeda-Galaxie Mond Mond + Jupiter (vergrößert)

5 Der sichtbare Sternenhimmel: keine Zwergsterne zu sehen! vorwiegend weit entfernte heiße und/oder Riesensterne wenige rote Sterne (z.B. roter Riese Betelgeuse im Orion)

6 Riesen, Zwerge... sagenhafte Welt der Sterne Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) bzw. Farben-Helligkeits-Diagramm (FHD) hellste Sterne am Himmel: Fortsetzung: L T Y? (braune Zwerge)

7 Riesen, Zwerge... sagenhafte Welt der Sterne Hertzsprung-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)

8 Umgebung der Sonne in 3-D

9 Größenvergleich mit Sonnensystem gewaltige Entfernungen zwischen den Sternen! (s.

10 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

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

12 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: v tan = 4.76 · µ · d [d in pc]

13 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: v tan = 4.76 · µ · d [d in pc] ● typische relative Geschwindigkeit der Sterne im lokalen Spiralarm (in der Scheibe) der Milchstraße ~ 40 km/s

14 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: v tan = 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

15 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: v tan = 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!

16 Besuch aus dem Halo der Galaxis SSSPM J1444−2019 Bei 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

17 Sterne mit genau gemessenen Entfernungen HRD-FHD für ca Sterne vom Hipparcos-Satelliten vermessen + etwa 1000 Sterne mit erdgebundenen Teleskopen rote (und weiße ?) Zwergsterne deutlich unterrepräsentiert!

18 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 identifiziert 130 unerkannt (36%) Henry et al. (1997) innerhalb von 25 pc: ~2000 bekannte Systeme ~3500 verborgene (63%) Henry et al. (2002) Annahmen: 1) gleichmäßige Verteilung 2) Vollständigkeit bis zu 5 pc ? ?

19 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)

20 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

21 Such-Werkzeuge für nahe rote Zwerge Entdeckung eines roten Zwergsterns (LHS 2090) in nur 6 pc Entfernung durch Kombination Eigenbewegung + auffällig rote Farbe (Bestätigung durch spektroskopische Beobachtung) 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

22 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 Differenz scheinbare−absolute Helligeit (m−M) lässt sich die Entfernung d berechnen: m−M=5 log (d/10pc) photometrische oder spektroskopische Entfernung! (wesentlich einfacher zu bestimmen als die trigonometrische Parallaxe)

23 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 ~ <1000 K Oberflächentemperatur noch kühler als die bis dahin bekannten roten Zwerge (M-Zwerge)

24 Unterscheidung Brauner Zwerge von Sternen (www.astron.berkeley.edu/~stars/bdwarfs/) Masse in Sonnenmassen: Kritische Masse (0.08 M sonne ) für Sterne nicht erreicht, deshalb keine Kernfusionsprozesse schwach leuchtend, rote Farbe (geringe Oberflächentemperatur), Methan, Lithium,... (s. Spektren), Masse aber nur selten messbar!

25 Entdeckung des bisher nächsten Braunen Zwergs Scholz et al. (2003) bei Suche nach Objekten mit hoher EB

26 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

27 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

28 +Ba, Bb hohe Dunkelziffer für Braune Zwerge! >90% unerkannt!


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