Entdecke die unscheinbaren Nachbarn der Sonne
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Entdecke die unscheinbaren Nachbarn der Sonne Ralf-Dieter Scholz Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam Milchstraße und die lokale Umgebung Tag der Wissenschaften am Weinberg-Gymnasium Kleinmachnow – 14. November 2013 Milchstraße und die lokale Umgebung (von weitem) Richard Powell: atlasoftheuniverse.com 27 October 2011 R.-D. Scholz et al. @ AIP SAB 2 die nächsten Nachbarn im Galaktischen Maßstab (Zwerggalaxien) Richard Powell: atlasoftheuniverse.com 27 October 2011 R.-D. Scholz et al. @ AIP SAB 3 Die Milchstraße (unsere Heimatgalaxie) Richard Powell: atlasoftheuniverse.com 27 October 2011 R.-D. Scholz et al. @ AIP SAB 4 Die nahen Spiralarme Richard Powell: atlasoftheuniverse.com 27 October 2011 R.-D. Scholz et al. @ AIP SAB 5 Die Sterne in unmittelbarer Nachbarschaft der Sonne Erste Parallaxe Erste Eigenbewegung Bessel 1838 Halley 1716 = sehr lokale Umgebung Stand: März 2006 27 October 2011 R.-D. Scholz et al. @ AIP SAB 6 Vom Sonnensystem zum Nachbarstern schnellste (ca. 30 km/s) bisher gebaute Sonde (“New Horizons”) bräuchte ~43000 Jahre bis zum nächsten Stern! gewaltige Entfernungen zwischen den Sternen! Der sichtbare Sternenhimmel zeigt nur wenige Sterne aus unserer Nachbarschaft. Dafür sind weit entfernte Riesensterne zu sehen. Rot leuchtend: Planet Mars Von unseren häufigsten Nachbarn – den roten Zwergsternen – ist kein einziger sichtbar! Betelgeuse Procyon Rigel Sirius Sterne im Orion sind 100mal weiter entfernt als unsere Nachbarn Sirius & Prokyon! Astronomen zieht es in die Wüste z.B. zur Europäischen Südsternwarte Blick auf die Milchstraße von der Europäischen Südsternwarte (Paranal, Chile) Blick auf die Milchstraße von der Europäischen Südsternwarte (Paranal, Chile) Kleiner Ausschnitt einer Aufnahme der Milchstraße zeigt unscheinbaren roten Zwergstern: Proxima Proxima Centauri der Stern in nächster Nähe roter Zwergstern (Spektraltyp M5, Entfernung etwa 4 Lichtjahre) 1976 Blaufilter auf drei Archivaufnahmen: 1982 Infrarotfilter 1993 Rotfilter jede Aufnahme zeigt Himmelsauschnit von 2 mal 2 Bogenminuten Eigenbewegung von etwa 4 Bogensekunden pro Jahr! Eigenbewegung der Sterne “Bärenstrom” - 5 Sterne Im Großen Wagen haben ~ gleiche Entfernung ~ gleiche Bewegung Großer Wagen = Teil des Sternbilds Großer Bär Vorstellung verschiedener Völker: Indianer: Bär mit Jungen Araber: Sarg und 3 Klageweiber Römer: 7 wandernde Ochsen Chinesen: großer Löffel Winkelmessung am Himmel sphärisches Koordinatensystem (z.B. Äquatorialsystem): 2 Winkelkoordinaten Rektaszension von 0 bis 24 Stunden bzw. 360° (Grad) Deklination von −90° bis +90° 1° = 60´ (Bogenminuten [arcmin]) = 3600´´ (Bogensekunden [arcsec]) 3. Koordinate = Entfernung Winkelmessung am Himmel sphärisches Koordinatensystem (z.B. Äquatorialsystem): 2 Winkelkoordinaten Rektaszension von 0 bis 24 Stunden bzw. 360° (Grad) Deklination von −90° bis +90° 1° = 60´ (Bogenminuten [arcmin]) = 3600´´ (Bogensekunden [arcsec]) 3. Koordinate = Entfernung (Scheinbare) Größenverhältnisse am Himmel M31 Andromeda-Galaxie Mond (im gleichen Abbildungsmaßstab wie M31) Mond + Jupiter (vergrößert) M31: ~4˚, (1˚=60´=3600´´) Mond: 30´-34´, Jupiter: max. 48´´ Von ca. 300 Milliarden Sternen der Galaxis sind nur ~2500 (teilweise sehr weit entfernte) Sterne mit bloßem Auge sichtbar … und einige weit entfernte Sternhaufen, bis hin zum hellen Kern unserer großen Nachbar-Galaxie M31 (Tatsächliche) Größe unserer Sonne gegenüber bekannten Sternen Größenvergleich von Riesensternen Riesen, Zwerge... sagenhafte Welt der Sterne Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) bzw. Farben-Helligkeits-Diagramm (FHD) hellste Sterne am Himmel: Fortsetzung: L T Y (neu!) (braune Zwerge) Riesen, Zwerge... sagenhafte Welt der Sterne Hertzsprung-Russel-Diagramm (HRD) bzw. Farben-Helligkeits-Diagramm (FHD) hellste Sterne am Himmel: rote Zwerge bilden aber die Mehrheit: ... Unterzwerge (nicht eingezeichnet) Fortsetzung: L T Y (neu!) (braune Zwerge) Die Schwierigkeit der Entfernungsmessung trigonometrische Parallaxe: 1 Bogensekunde (1´´) entspricht 1 pc Entfernung (3.26 Lichtjahre) Die Schwierigkeit der Entfernungsmessung trigonometrische Parallaxe: Sternbewegung am Himmel: 1 Bogensekunde (1´´) entspricht 1 pc Entfernung (3.26 Lichtjahre) Eigenbewegung (linear) + parallaktische Bewegung (Ellipse) Die Schwierigkeit der Entfernungsmessung trigonometrische Parallaxe: Sternbewegung am Himmel: 1 Bogensekunde (1´´) entspricht 1 pc Entfernung (3.26 Lichtjahre) Eigenbewegung (linear) + parallaktische Bewegung (Ellipse) Problem: Messgenauigkeit: sehr kleine Winkel, Milli-Bogensekunden lange Messreihen (mehrere Jahre) notwendig um Eigenbewegung von Parallaxe zu trennen Indiz für Nähe: große Eigenbewegung Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre [gemessen in º/Sekunde (Flugzeuge)] Geschwindigkeit [in km/h] ergibt sich bei bekannter Entfernung: v = 60 · µ · d [d in km] Indiz für Nähe: große Eigenbewegung Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre [gemessen in º/Sekunde (Flugzeuge / ISS)] Geschwindigkeit [in km/h] ergibt sich bei bekannter Entfernung: v = 60 · µ · d [d in km] d = 5 km, v = 600 km/h d = 12 km, v = 870 km/h d = 390 km, v =28000 km/h μ = 2 º/Sekunde μ = 1 º/Sekunde μ = 1 º/Sekunde Indiz für Nähe: große Eigenbewegung Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre [gemessen in ´´/yr (Sterne)] Geschwindigkeit [in km/s] ergibt sich bei bekannter Entfernung von der Sonne: vtan = 5 · µ · d [d in pc] typische relative Geschwindigkeit der Sterne im lokalen Spiralarm (in der Scheibe) der Milchstraße ~ 40 km/s; Spiralarm dreht sich mit ~ 220 km/s um Galaktisches Zentrum Indiz für Nähe: große Eigenbewegung Eigenbewegung “µ” = scheinbare Bewegung an der Himmelssphäre [gemessen in ´´/yr (Sterne)] Geschwindigkeit [in km/s] ergibt sich bei bekannter Entfernung von der Sonne: vtan = 5 · µ · d [d in pc] typische relative Geschwindigkeit der Sterne im lokalen Spiralarm (in der Scheibe) der Milchstraße ~ 40 km/s; Spiralarm dreht sich mit ~ 220 km/s um Galaktisches Zentrum typischer Scheiben-Stern mit µ = 1´´/yr liegt bei d ~ 8 pc Halo-Stern (~5x höhere Geschwindigkeit relativ zur Sonne) liegt bei d ~ 44 pc! Besuch aus dem Halo der Galaxis SSSPM J1444−2019 1976 Am AIP entdeckter, extrem kühler Unterzwergstern mit einer großen Eigenbewegung von 3.5´´/yr wahrscheinlich das z.Z. nächste kühle Halo-Objekt historische Sternkarte aus der AIP-Bibliothek 1985 1994 im Sternbild Waage Verborgene Sternsysteme in unserer Nähe innerhalb von 5 pc: 44 Systeme (vollständig) Inzwischen wurden aber fünf neue Systeme entdeckt !! ? innerhalb von 10 pc: 229 identifiziert 130 unerkannt (36%) (Stand 1997) innerhalb von 25 pc: ~2000 bekannte Systeme ~3500 verborgene (63%) ? Annahmen: 1) gleichmäßige Verteilung 2) Vollständigkeit bis zu 5 pc Was kümmern uns die Nachbarn ? Detaillierte Untersuchung möglich Suche nach extra-solaren Planeten Entdeckung neuartiger leuchtschwacher Objekte (braune Zwerge !) vollständiges Bild über die Welt der Sterne Such-Werkzeuge für nahe Sterne und braune Zwerge (I) Eigenbewegungs-Kataloge (z.B. Luyten Half Second = LHS) Willem Jacob Luyten (1899-1994) bei visueller Suche nach Sternen mit großen Eigenbewegungen: Später mit automatischen Messmaschinen digitalisierte Photoplatten und Kataloge z.B. SuperCOSMOS Sky Surveys: Such-Werkzeuge für nahe Sterne und braune Zwerge (II) … + Himmelsdurchmusterungen im infraroten Licht, z.B. Two Micron All Sky Survey (2MASS) (IPAC/Caltech & University of Massachusetts) Neu (speziell für braune Zwerge): WISE = Widefield Infrared Survey Explorer (NASA) Fortschritt der letzten 12 Jahre lt. Datenbank des Research Consortium on Nearby Stars (RECONS): www.recons.org Unterscheidung brauner Zwerge von Sternen Video: www.spitzer.caltech.edu/video-audio/106-ask2003-003-What-Is-a-Brown-Dwarf- Braune Zwerge = missratene Sterne Kritische Masse (0.08 Msonne) für Sterne nicht erreicht, deshalb keine Kernfusion von Wasserstoff zu Helium Braune Zwerge kühlen mit der Zeit stark ab, werden im optischen Licht fast unsichtbar und sehr rot. Spektrale Merkmale: Methan, Lithium, … Masse in Sonnenmassen: 1 0.6...0.08 0.08...0.013 0.001 Im infraroten Licht erscheinen die kühlsten braunen Zwerge blau (2MASS) bzw. grün/gelb (WISE): UGPS J0722-0540 @ 4.1pc WISE J1741+2553 @ ~5.7pc WISE J0254+0223 @ 6.0pc Leben der Sterne, braunen Zwerge, Planeten Masse (Sonne = 1) 0.2 M massearme Sterne Temperatur an der Oberfläche M-Zwerge, frühe L-Zwerge 0.08 0.075 Braune Zwerge Typ: M, L, T, Y Y 1 Mio 0.013 10 Mio 100 Mio Alter [Jahre] 1 Mrd 10 Mrd Planeten Typ: M, L, T, Y,... Die nächsten bekannten braunen Zwerge WISE J1049-5319 AB L7.5+T0.5 @ 2.0 pc ε Indi Ba, Bb T1+T6 @ 3.622 pc (K4-Stern-Begleiter) SCR J1845-6357 B T6 @ 3.85 pc (M8.5-Stern-Begleiter) entdeckt: 2013 (NEU !) entdeckt: 2003 und 2004 entdeckt: 2006 Das ε Indi-System liegt im Sternbild Indianer (noch) Sehr große Eigenbewegung (4.5´´/yr) → wechselt in einigen 1000 Jahren in das Sternbild Tukan ! Historische Sternkarte (aus der Bibliothek des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam) Zwei weitere am AIP entdeckte nahe/ultrakühle braune Zwerge Gemessene Eigenbewegung: µ =2.5 arcsec/yr (WISE J0254+0223) µ =1.5 arcsec/yr (WISE J1741+2553) Neuer Stand (nach WISE-Auswertung 2012): 6 mal weniger braune Zwerge als Sterne Unsere neueste Enteckung WISE J0521+1025: ein bisher (in 2MASS) übersehener (wegen Űberlappung mit Hintergrundstern) naher (~5pc) und kühler (T7.5) brauner Zwerg Fraktion der braunen Zwerge in der Milchstraße Sogar wenn ihre Anzahl doch noch an die von Sternen heranreichen sollte, bleibt ihre Gesamtmasse sehr gering. Damit können braune Zwerge kein wesentlicher Teil der gesuchten dunklen Materie sein. (RECONS) NEU: WISE J1049-5319 AB ● || +B Stand: August 2013 +Ba, Bb Hohe Dunkelziffer bei braunen Zwergen! Ist Proxima wirklich unser nächster Nachbar ?? Hat die Sonne einen braunen Zwerg als Begleiter ?? Helles Objekt nur von WISE aufgenommen: “Tyche”-Kandidat ?? WISE (w1) 2MASS (J) WISE-Farben und –Helligkeit → brauner Zwerg (T5) in 30000 AE Entfernung ?? Műsste dann aber in 2MASS (nur um Bogensekunden verschoben) zu sehen sein !! Lösung: eine neu-entdeckte Nova aus dem Jahr 2010
