Forscher, die das Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) Array der Georgia State University nutzen, haben neue Details über die Größe und das Aussehen des Polarsterns, auch Polaris genannt, herausgefunden. Die neuen Forschung ist veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal.
Der Nordpol der Erde weist in eine Richtung im Weltall, die durch den Nordstern markiert wird. Polaris ist sowohl eine Navigationshilfe als auch ein bemerkenswerter Stern an sich. Er ist das hellste Mitglied eines Dreifachsternsystems und ein pulsierender veränderlicher Stern. Polaris wird regelmäßig heller und schwächer, während der Durchmesser des Sterns in einem Vier-Tages-Zyklus wächst und schrumpft.
Polaris ist eine Art Stern, der als Cepheiden bezeichnet wird. Astronomen verwenden diese Sterne als „Standardkerzen“, da ihre wahre Helligkeit von ihrer Pulsationsperiode abhängt: Hellere Sterne pulsieren langsamer als schwächere Sterne. Wie hell ein Stern am Himmel erscheint, hängt von seiner wahren Helligkeit und der Entfernung zum Stern ab. Da wir die wahre Helligkeit eines Cepheiden anhand seiner Pulsationsperiode kennen, können Astronomen sie verwenden, um die Entfernung zu ihren Wirtsgalaxien zu messen und die Expansionsrate des Universums abzuleiten.
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Nancy Evans am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian beobachtete Polaris mithilfe der sechsteiligen optischen interferometrischen CHARA-Anordnung am Mount Wilson in Kalifornien. Ziel der Untersuchung war es, die Umlaufbahn des nahen, schwachen Begleiters zu kartieren, der Polaris alle 30 Jahre umkreist.
„Der geringe Abstand und der große Helligkeitskontrast zwischen den beiden Sternen machen es äußerst schwierig, das Doppelsternsystem bei ihrer größten Annäherung aufzulösen“, sagte Evans.
Das CHARA-Array kombiniert das Licht von sechs Teleskopen, die über den Berggipfel des historischen Mount Wilson Observatory verteilt sind. Durch die Kombination des Lichts wirkte das CHARA-Array wie ein 330-Meter-Teleskop, um den schwachen Begleiter zu erkennen, als er nahe an Polaris vorbeiflog. Die Beobachtungen von Polaris wurden mit der MIRC-X-Kamera aufgezeichnet, die von Astronomen der University of Michigan und der Exeter University in Großbritannien gebaut wurde. Die MIRC-X-Kamera hat die bemerkenswerte Fähigkeit, Details von Sternoberflächen einzufangen.
Das Team konnte die Umlaufbahn des nahen Begleiters erfolgreich verfolgen und die Größenveränderungen des pulsierenden Cepheiden messen. Die Umlaufbewegung zeigte, dass Polaris eine fünfmal größere Masse als die Sonne hat. Die Bilder von Polaris zeigten, dass sein Durchmesser 46 Mal so groß ist wie der der Sonne.
Die größte Überraschung war das Erscheinen des Polarsterns auf Nahaufnahmen. Die CHARA-Beobachtungen lieferten den ersten Einblick in die Oberfläche eines Cepheiden.
„Die CHARA-Bilder zeigten große helle und dunkle Flecken auf der Oberfläche des Polarsterns, die sich im Laufe der Zeit veränderten“, sagte Gail Schaefer, Leiterin des CHARA-Arrays. Das Vorhandensein von Flecken und die Rotation des Sterns könnten mit einer 120-tägigen Schwankung der gemessenen Geschwindigkeit zusammenhängen.
„Wir planen, Polaris auch in Zukunft weiter abzubilden“, sagte John Monnier, Astronomieprofessor an der University of Michigan. „Wir hoffen, den Mechanismus, der die Flecken auf der Oberfläche von Polaris erzeugt, besser zu verstehen.“
Die neuen Beobachtungen des Polarsterns wurden im Rahmen des Open-Access-Programms des CHARA Array durchgeführt und aufgezeichnet, wo Astronomen aus aller Welt beim National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab) Beobachtungszeit beantragen können.
Weitere Informationen:
Nancy Remage Evans et al, Die Umlaufbahn und dynamische Masse des Polarsterns: Beobachtungen mit dem CHARA-Array, Das Astrophysikalische Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad5e7a