Fehlende Stern-Vibrationen rütteln Astronomie auf

Messungen eines kanadisch-österreichischen Teams stellen AstronomInnen vor ein Rätsel. Erwartete Oberflächen-Phänomene, die Informationen über den Aufbau von Sternen liefern sollten, konnten mittels Satelliten-gestützter Messungen nicht nachgewiesen werden.

An der Qualität der in NATURE veröffentlichten Daten besteht kein Zweifel – der Satellit misst mit unerreichter Präzision. Damit stellt das vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützte Kooperationsprojekt des Instituts für Astronomie der Universität Wien und der University of British Columbia in Kanada aber das Verständnis über den Aufbau von Sternen in Frage.

Seit über 25 Jahren ist das Phänomen bekannt: Auf der Sonnenoberfläche vibriert das Gas. AstronomInnen nutzen diese Vibrationen, um Erkenntnisse über den Aufbau der Sonne zu gewinnen. Erstmals konnte jetzt Prof. Werner W. Weiss und sein Team vom Institut für Astronomie, Universität Wien, gemeinsam mit KollegInnen aus Kanada derartige Messungen unter Nutzung eines kanadischen Mikrosatelliten an einem anderen Stern durchführen. Diese lieferten aber keinen Hinweis auf Oberflächen-Vibrationen – entgegen aller Ergebnisse erdgestützter Untersuchungen und vorheriger Berechnungen.

„Good Vibrations“ der Sterne

Das Interesse von AstronomInnen an Oberflächen-Vibrationen erläutert Prof. Weiss folgendermaßen: „Es klingt paradox, aber die Oberflächen-Vibrationen verschaffen uns Erkenntnisse über das Sterneninnere. Ähnlich wie die Seismologie durch das Messen von Erdbeben-Wellen den Aufbau der Erde erforscht, analysiert die junge Disziplin der Astroseismologie Oberflächen-Vibrationen der Sterne, um Informationen über ihren Aufbau zu ermitteln.“ Dabei nutzt man die von den Vibrationen verursachten Schwingungen, die in das Sterneninnere wandern, wo sie reflektiert und an die Oberfläche zurückgeworfen werden. Auf ihrem Weg werden die Schwingungen aber in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Umgebung verändert. Dies ist messbar und liefert indirekt Informationen über das Sterneninnere.

Oberflächen-Vibrationen können aber nicht direkt gemessen werden. Daher messen AstroseismologInnen die minimalen Änderungen der Leuchtintensität, die durch diese Vibrationen verursacht werden. Neuestes Werkzeug ist dabei der von Prof. Jaymie Matthews (University of British Columbia) koordinierte kanadische Mikrosatellit MOST (Microvariability and Oscillations of Stars). Dieser misst in 820 km Höhe über der Erde die Leuchtintensität entfernter Sterne. Dazu Prof. Weiss: „Für die Messungen von Licht ist unsere Erdatmosphäre wirklich hinderlich. Sie wirkt wie ein Filter. MOST umgeht dieses Problem mit einem Teleskop, das Messungen aus dem Weltraum erlaubt. Dadurch erreichen wir mit einem Fernrohrdurchmesser von 15 cm bei einem hellen Stern eine höhere Messpräzision als mit einem 8 m-Teleskop von der Erde aus.“ Tatsächlich bestätigten Kontrollmessungen die Präzision des Satelliten-Teleskops, dessen Daten auch in einer Wiener Bodenstation empfangen werden, die von der Austrian Space Agency finanziert und von der Technischen Universität Wien entwickelt wurde.

Widersprüchliche Ergebnisse = Neue Fragen

Ein erstes Ziel für Messungen von MOST war Procyon, ein Stern, der von der Erde aus gesehen nahe des Sternenbilds Orion liegt. Für diesen lassen sieben unabhängige Messungen von der Erde aus sowie theoretische Berechnungen vibrationsbedingte Schwankungen der Lichtintensität von mindestens 0,002 % erwarten ­ kein Problem also für MOST, der Schwankungen bis zu 0,0003 % messen kann. Doch trotz aller Präzision konnten für Procyon keine Oberflächen-Vibrationen in dem erwarteten Ausmaß festgestellt werden. Prof. Weiss: „Dieses Ergebnis hat interessante Konsequenzen für die Astronomie. Wahrscheinlich ist, dass andere Gasbewegungen, die durch Temperaturunterschiede an der Sternenoberfläche verursacht werden, ein Störsignal bewirken, das unsere Messungen überlagert. Dann wären unsere Daten ungemein wertvoll für zukünftige Messungen. Es kann aber auch sein, dass wir unsere Modellrechnungen überdenken müssen.“ AstronomInnen wären dann gefordert, das derzeitige Wissen über den inneren Aufbau von Sternen kritisch zu hinterfragen. Gerade dass junge Spezialbereiche wie die Astroseismologie die Grundlagen eines Wissenschaftsgebietes in Frage stellen und damit vorantreiben, bestärkt den FWF in seiner Entscheidung, Kreativität, Qualität und Innovation als wichtigste Förderkriterien anzusehen.