Erforschung junger Sterne und Quasare
Vorsitzender der Kommission: Prof. Dr. Gert EilenbergerLeiter der Arbeitsstelle: Prof. Dr. Rolf Chini
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Anschrift: Astronomisches Institut der Ruhr-Universität Bochum
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Die Verfügbarkeit eines eigenen modernen 1.5 Meter Teleskops mit aktiver Optik an einem klimatisch hervorragenden Standort erlaubt erstmals Langzeitstudien von variablen Phänomenen, wie sie sich sowohl bei der Sternentstehung aber auch im Leben von Quasaren ereignen. Zeitintensive Studien dieser Art sind an herkömmlichen Observatorien nicht durchführbar, sind aber für das Verständnis verschiedener astrophysikalischer Prozesse unbedingt erforderlich.
Junge Sterne
In der Standardtheorie über die Entstehung massearmer Sterne ist der Einzelstern - umgeben von einer zirkumstellaren Scheibe - das natürliche Resultat aus dem gravitativen Kollaps eines rotierenden Wolkenkerns. Danach entwickelt sich der Stern langsam und gleichmäßig durch mehrere Phasen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sich die Akkretion ständig verringert und die Ausflussaktivität des Sterns Material an die Umgebung abgibt, das von vom Einfall übrig ist. Schließlich wird ein sogen. TTauri Stern sichtbar. Dieses Bild hat bisher außerordentlich gute Dienste geleistet, unsere Beobachtungen von jungen Sternen zu interpretieren. Wie bei Untersuchungen der letzten Jahre allerdings deutlich wurde, handelt es sich bei nahezu 90% der jungen Sterne um Doppelsysteme. Aufgrund dieser Fakten muss die Bildung von Doppel- und Mehrfachsystemen integraler Bestandteil jeder Theorie über Sternentstehung sein; in der Tat gibt es in diesem Zusammenhang auch schon weitreichende numerische Rechnungen über die Fragmentation von Wolkenkernen.
Darüber hinaus nimmt unser Verständnis über die komplizierte Dynamik von Mehrfachsystemen langsam Gestalt an: Bei der Wechselwirkung von Dreifachsystemen oder Systemen noch höherer Ordnung wird der masseärmste Partner irgendwann aus dem System herausgeschleudert. Gelegentlich wird sogar die Vermutung geäußert, dass anfänglich alle Sterne in Doppel- oder Mehrfachsystemen gebildet werden, und dass alle beobachteten Einzelsterne das Ergebnis des Zerfalls von solchen instabilen Mehrfachsystemen sind. Die Entwicklung eines Sterns wird daher in hohem Maße davon abhängen, ob er Mitglied eines Doppelsternsystems ist oder ob er von einem Mehrfachsystem ausgestoßen wurde: Letztere sollten z.B. weniger groß-skalige Variabilität aber mehr Flareaktivität aufweisen, da während des Ausstoßprozesses der Großteil ihres zirkumstellaren Materials abgestreift wird. Sterne, die nicht durch die Phase einer dynamischen Wechselwirkung hindurch gegangen sind, haben mehr zirkumstellares Material und mehr magnetosphärische Akkretionsereignisse mit der darauf folgenden Variabilität.
Die wissenschaftlichen Ziele dieses Programms lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Mit Hilfe einer Mehrfarben-Photometrie und der optischen Spektroskopie sollen Effektivtemperatur, Leuchtkraft, Alter, Verfärbung, und die Masse von zirkumstellarem Material von 2000 jungen Sternen bestimmt werden.
Die erhaltenen Größen werden danach mit den Variabilitätseigenschaften jedes Stern verglichen. Dies ist als erster Schritt in Richtung einer physikalischen Interpretation des Variabilitätsmechanismus zu verstehen.
In Zusammenhang mit der Frage, ob es mehrere Entwicklungswege in der frühen stellaren Evolution gibt, wird untersucht, welche variablen Sterne Hα Emission haben; letztere ist der wesentliche Indikator für die Jugend von Objekten in Sternentstehungsregionen.
Schließlich soll herausgefunden werden, ob es Hinweise für eine junge Population von massearmen Sternen gibt, die sich nicht durch Hα Emission auszeichnet.
Letztendlich geht es um die Frage, inwieweit alle Sterne ihr Leben in Doppel- oder Mehrfachsystemen beginnen und ob die beobachteten Einzelsterne nur ausgestoßene, massearme Partner von instabilen Mehrfachsystemen sind.
Quasare
Quasare sind nach unserem derzeitigen Kenntnisstand die leuchtkräftigsten Erscheinungen im Universum und gehören schon von daher zu den interessantesten Beobachtungsobjekten der Astronomie. Einige von ihnen zeigen eine starke intrinsische Variabilität auf Zeitskalen von Jahren bis hin zum Minutenbereich. Dabei ist es insbesondere die kurzzeitige Variabilität, die Aufschluss über die Größe des emittierenden Gebiets und damit über den Entstehungsmechanismus der Leuchtkraft geben kann. Leider sind bisher nur wenige Quasare systematisch auf ihre Variabilität hin untersucht und selbst diese Messungen sind in der Regel unvollständig.
Eine nicht-intrinsische Form der Variabilität entsteht durch die Gravitationswirkung von kompakten Objekten (Planeten, Neutronensterne, normale Sterne und Schwarze Löcher) auf das Licht eines Hintergrundquasars. Idealerweise müsste man tägliche Beobachtungen an einem Ort mit hervorragendem Seeing durchführen - ein Unterfangen, das bei Großteleskopen aus Zeitgründen nicht durchführbar ist. Effekt wird als "Microlensing" bezeichnet und ist im Prinzip in der Lage, eine Komponente der "Dunklen Materie" nachzuweisen. Die Variabilität infolge von Microlensing unterscheidet sich von der intrinsischen Variabilität durch einen charakteristischen Anstieg und Abfall der Helligkeit. Bisher scheiterte eine quantitative Analyse allerdings.
Die Ziele des hier vorgeschlagenen Projektes lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Zunächst sollen alle Objekte unserer vollständigen Stichprobe südlicher Quasare in intrinsisch variable und nicht-variable Objekte eingeteilt werden. Dies geschieht mit Hilfe von Beobachtungen im V-Band.
Für die als variabel identifizierten Objekte werden die photometrischen Messungen dann in mehreren Spektralbereichen (Kontinuum- sowie Linien-dominiert) weitergeführt, um herauszufinden, ob die "Härte" der Strahlung mit der Helligkeit der Quelle korreliert ist. Hierbei wird sowohl Wert auf die kurzzeitigste Variabilitätskomponente im Minutenbereich gelegt, da sie Aufschluss über die kleinsten räumlichen Dimensionen des emittierenden Gebietes gibt, als auch auf die langzeitigste Variabilitätskomponente mit erwarteten Amplituden im Monats- oder gar Jahresbereich, da sie den Schwankungsbereich der Energieerzeugung widerspiegelt.
Die intrinsisch nicht-variablen Quasare sollen möglichst täglich im Visuellen weiter beobachtet werden, um den charakteristischen Anstieg und Abfall der Helligkeit infolge von Microlensing zu detektieren und so Rückschlüsse auf die Existenz und die Natur Dunkler Materie zu ziehen.
Für die vorgeschlagene Variabilitätsstudie wurde eine Stichprobe von 580 südlichen Quasaren zusammengestellt, deren Variabilität auf den verschiedensten Zeitskalen untersucht werden soll.