Uwe Wolter Hochauflösende Oberflächenbilder von Sternen Astronomie-Werkstatt & Hamburger Sternwarte Oktober 2005

Übersicht Was können wir erwarten ? Grenzen der Beobachtung Direkte „Auflösungs-Tricks“ Indirekte Tricks: Tomografie Was lernen wir daraus ?

Wie Sterne (nicht) aussehen

Wie Sterne nicht wirklich aussehen

Sterne sind „Gaskugeln“ (so ungefähr ...) 10 Milliarden Jahre im Zeitraffer

Doch wenn man genau hinsieht ... „Sonnenartige Sterne“

Auflösungsgrenzen So scharf wie möglich !

Nachbarsterne der Sonne http://www.solstation.com/

„Nachbar“-Sterne der Sonne Problem: 1 ly = 63 000 AE ! http://www.solstation.com/

Oft ist „Klein = groß & weit weg“ Winkel-Ø Sonne im Abstand 1€ im Abstand 1900“ 1 AE = 1.5∙1011m 2.5 m 1“ 2.9∙1014m 4.7 km 0.0072“ 4.2 ly = 4.0∙1016m 660 km Bogensekunde: 1“ = 1/3600 °

Wasser- und Lichtwellen hinter einer „kleinen“ Öffnung 1. Problem: Beugung! Movie Wasser- und Lichtwellen hinter einer „kleinen“ Öffnung

Beugungsbegrenzte Auflösung 1. Problem: Beugung! Φmin [rad] = 1.22 λ / D Φmin = 0.14 “ / D [m] (λ= 550nm) Beugungsbegrenzte Auflösung

2. Problem: Atmosphärische Turbulenz ! ζ Boo (Abstand 0.8“) am NOT (D = 2,5m) Kurzzeitbelichtung (ca. 0.01 s) Movie

Direkte Auflösung-Tricks „Noch schärfer, bitte ...“

Große Öffnungen, aktive & adaptive Optik

Weltraum-Beobachtungen Beteigeuze aufgenommen vom HST (M2 I, R≈1000 RS, d=650 ly, Ø≈0,06“) (Gilliand & Dupree 1996)

Indirekte Auflösungs-Tricks: Tomografie „Sternen-Fernsehen“

(I) Zukunftsmusik: „wackelnde“ Sterne GAIA (ESO 2011 ?): „All 1 billion stars brighter than V=20 mag“ (≈ 0.00001“ „end-of-life accuracy“ )

(II) Lichtkurven - Inversion Rekonstruktion des Doppelsternsystems SV Cam (G2V/K4V Djurasevic 1993)

Ein hochaufgelöstes Spektrum der Sonne (G2V, NOAO, APOD 27.2.2005) Das Spektrum der Sonne Ein hochaufgelöstes Spektrum der Sonne (G2V, NOAO, APOD 27.2.2005)

Ein Sternenspektrum unter der Lupe Doppler-verbreiterte Spektrallinien eines schnell rotierenden Sterns

Veränderliche Linienprofile z.B. „Speedy Mic“

(III) Spektren-Inversion: Doppler imaging Prinzip: Projektion von Flecken in Spektrallinien-Profile

Spektren-Inversion: Doppler imaging ®

Doppler Imaging: „State of the art“ Rekonstruktion des Doppelsternsystems sCrB (F9V/G0V Rice & Strassmeier 2003)

Was lernen wir daraus ? „Magnetische Aktivität“

Aktivitätszyklen FILM

Sternflecken-Anatomie

Zusammenfassung „Sonnenartige“ Sterne haben vielfältige Oberflächenstrukturen Sterne sind am Himmel nahezu Punkte (Ausnahme: Sonne) Teleskopauflösungen werden atmosphärisch „behindert“ und sind durch Beugung fundamental begrenzt Beugungsbegrenzte Auflösung ist erreichbar, doch erst „100m- class“- Teleskope werden einige sonnenartige Sternoberflächen auflösen Die Rotation von Sternen ermöglicht durch Modulation „Stern- Fernsehen“ und damit eingeschränkt Oberflächenrekonstruktionen Was lernen wir aus stellaren Oberflächenbildern? - „Jugend“ der Sonne - Funktion stellarer Dynamos - Aufbau von Sternflecken - Dynamik äußerer Sternschichten

Zusammenfassung „Sonnenartige“ Sterne haben vielfältige Oberflächenstrukturen Sterne sind am Himmel nahezu Punkte (Ausnahme: Sonne) Teleskopauflösungen werden atmosphärisch „behindert“ und sind durch Beugung fundamental begrenzt Beugungsbegrenzte Auflösung ist erreichbar, doch erst „100m- class“- Teleskope werden einige sonnenartige Sternoberflächen auflösen Die Rotation von Sternen ermöglicht durch Modulation „Stern- Fernsehen“ und damit eingeschränkt Oberflächenrekonstruktionen Was lernen wir aus stellaren Oberflächenbildern? - „Jugend“ der Sonne - Funktion stellarer Dynamos - Aufbau von Sternflecken - Dynamik äußerer Sternschichten

Appendix

Magnetische „Flussröhren“ und der Sonnendynamo ... SimuliertesAuftauchen einer magnetischen Flussröhre in einem Riesenstern (Holzwarth & Schüssler 2001) Zeeman-Verbreiterung einer Spektrallinie in einem Sonnenfleck

Zukunftsmusik: 100m-class Teleskope OWL (OverWhelmingly Large telescope) 100 m-Teleskop Projekt der ESO: 2021 ?

Interferometrie Oft genügen kleine Ausschnitte einer großen Öffnung ...

Optische Interferometrie „Fringes“ des Sterns Achernar im VLTI (ESO 2002)

Beteigeuze im Blick des HST ...

Beteigeuze im Blick des HST ...

Stellare Oberflächenbilder: Was ist möglich? Dopplerbilder des Sterns BO Mic (K1V, Wolter & Schmitt 2005)

Sonnenflecken

Solar plages Movie