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Astronomie+Physik

Stern pulsiert nur mit einer Hälfte

HD74423
Der Stern HD74423 ist verformt und zeigt nur auf einer Seite Helligkeitsschwankungen. (Bild: Gabriel Pérez Díaz / IAC)

Astronomen kennen viele Sterne, die in regelmäßigem Rhythmus ihre Helligkeit verändern. Doch nun haben Forscher ein sehr ungewöhnliches Exemplar dieser veränderlichen Sterne entdeckt: Der Stern HD74423 pulsiert nur zur Hälfte. Während eine Hemisphäre ruhig bleibt, wird die andere abwechselnd heller und dunkler. Ursache dafür ist ein naher Begleiter – ein Roter Zwerg, dessen Anziehungskraft den Stern nicht nur eiförmig verformt, sondern auch die halbseitigen Helligkeitsveränderungen hervorruft. Wie die Astronomen berichten, ist HD74423 damit der erste bekannte Vertreter einer ganz neuen Klasse von veränderlichen Sternen.

Unsere Sonne leuchtet – von kurzfristigen Strahlenausbrüchen abgesehen – mit relativ konstanter Helligkeit. Doch es gibt Sterne, die aufgrund äußerer Einflüsse oder innerer Prozesse ihre Helligkeit mehr oder weniger regelmäßig verändern. Ursache dafür können unter anderem Gezeitenkräfte durch einen nahen Begleiter sein, der den Stern je nach Position im Orbit verformt und quasi „durchknetet“ und so dessen Helligkeit verändert. Aber auch innere Prozesse wie regelmäßige Oszillationen des Radius oder der Temperatur können solche Leuchtkraftveränderungen bewirken. Doch eines hatten alle bisher bekannten veränderlichen Sterne gemeinsam: Die Schwankungen ihrer Leuchtkraft umfassen stets den gesamten Stern und sind von allen Seiten sichtbar.

Ungewöhnliche Lichtkurve

Nun jedoch haben Astronomen um Gerald Handler vom Nicolaus Copernicus Zentrum für Astronomie in Warschau einen Stern entdeckt, der diesem gängigen Muster widerspricht. Das HD74423 getaufte Objekt liegt rund 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist rund 1,7 Mal massereicher als unsere Sonne. Der Stern ist einer von vielen, die das NASA-Weltraumteleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) auf der Suche nach Exoplaneten beobachtet. Es registriert dafür Lichtschwankungen von rund 200.000 sonnenähnlichen Sternen. Als freiwillige Helfer im Rahmen eines Citizen-Science-Programms die Daten des Teleskops durchforsteten, stießen sie auf HD74423 und stellten fest, dass dessen Lichtkurve ungewöhnlich aussah. Sie setzen sich daher mit den Astronomen in Verbindung. „Die Lichtkurve zeigt Minima mit wechselnder Tiefe, während die Maxima sich nicht verändern“, beschreiben die Forscher das Phänomen. „Die Amplitude der Minima ändert sich dabei um den Faktor zehn.“

Bekannt ist, dass der Stern HD74423 einen Roten Zwerg als nahen Begleiter besitzt. Beide umkreisen einander in weniger als zwei Tagen einmal. „Doch eine Bedeckung des pulsierenden Sterns durch seinen Begleiter kann diese Modulation nicht erklären, weil sie zusätzlich Eklipsen von mindestens 0,7 Magnituden Tiefe erzeugen müsste – die aber nicht zu sehen sind“, so die Forscher. Nähere Analysen ergaben, dass die Anziehungskraft des Roten Zwergs in diesem geringen Abstand ausreicht, um den Stern leicht elliptisch zu verformen. Ähnlich wie die Gezeitenkräfte des Mondes die Ozeane und sogar die Erdkruste leicht zu sich hinziehen, beult sich auch die Gashülle von HD74423 in Richtung des Roten Zwergs aus. „Die exquisiten Daten von TESS erlaubten es uns, die Variationen der Helligkeit durch diese gravitationsbedingte Verformung ebenso zu beobachten wie die Pulsationen des Sterns“, erklärt Handler.

Helligkeit schwankt nur auf einer Seite

Doch die Verformung des Sterns allein konnte das merkwürdige Schwankungsmuster der Sternenhelligkeit nicht erklären. Dafür aber eine andere Beobachtung: Die Phasenmuster und die Frequenz der Schwankungen deuteten darauf hin, dass die Stärke des Pulsierens davon abhängt, welche Seite der Stern gerade dem Teleskop zukehrte. „Während sich die beiden Komponenten des Doppelsternsystems umkreisen, sehen wir verschiedene Teile des veränderlichen Sterns“, erläutert Co-Autor David Jones vom Astrophysikalischen Institut der Kanaren. „Manchmal sehen wir die Seite, die dem Begleiter zugewandt ist und manchmal sehen wir die äußere Seite.“ Und im Takt dieser Perspektivwechsel schwankt auch die Helligkeit des Sterns. Daraus schließen die Astronomen, dass die Helligkeit von HD74423 offenbar nicht über seine gesamte Oberfläche hinweg pulsiert, sondern nur auf einer Hemisphäre.

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„Wir wissen seit den 1980er Jahren, dass es theoretisch solche Sterne geben könnte“, sagt Co-Autor Don Kurtz von der University of Central Lancashire. Doch bisher ist es den Astronomen nie gelungen, einen Vertreter solcher halbseitig pulsierenden Sterne zu finden – bis jetzt. HD74423 ist damit der erste Vertreter einer ganz neuen Klasse von halbseitig veränderlichen Sternen. „Noch ist der Pulsationsmodus von HD74423 einzigartig, aber es muss eine ganze Klasse solcher Sterne geben, bei denen die Achse der Helligkeitsschwankungen mit an der Achse der Gezeitenkräfte ausgerichtet ist“, konstatieren die Astronomen. „Diese Entdeckung ist daher die Motivation, nach weiteren Sternen dieser Art zu suchen.“ Gleichzeitig gilt es noch eine offene Frage zu beantworten: „Noch ist unklar, ob die Helligkeitsschwankungen auf der dem Begleiter zugewandten Seite liege oder auf der ihm abgewandten“, sagen die Forscher. Auch das sollen künftige Beobachtungen klären.

Quelle: Gerald Handler (Nicolaus Copernicus Astronomical Center, Warschau) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-020-1035-1

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