Doppelstern
Ein Doppelstern sind zwei Sterne, die umeinander kreisen. Für jeden Stern ist der andere sein Begleiterstern. Viele Sterne sind Teil eines Systems mit zwei oder mehr Sternen. Der hellere Stern wird als Primärstern bezeichnet, der andere ist der Sekundärstern.
Binäre Sterne sind in der Astrophysik wichtig, weil ein Blick auf ihre Umlaufbahnen es den Wissenschaftlern ermöglicht, ihre Massen herauszufinden. Daraus ergibt sich die Masse-Leuchtkraft-Beziehung, und daraus ergibt sich die Masse der einzelnen Sterne.
Binäre Sterne sind nicht dasselbe wie optische Line-of-Sight-Doppelsterne, die zwar nahe beieinander liegen, aber nicht durch die Schwerkraft verbunden sind. Optische Doppelsterne können im Weltraum tatsächlich weit voneinander entfernt sein, aber Doppelsterne sind recht nahe beieinander. Die erste Person, die echte Doppelsterne entdeckt und nachgewiesen hat, war der deutsch-britische Astronom William Herschel. Er veröffentlichte den ersten Katalog der Doppelsterne, und sein Sohn John Herschel fand mehrere tausend weitere und aktualisierte den Katalog.
Hubble-Bild des Sirius-Binärsystems, in dem Sirius B unten links zu sehen ist
Die beiden sichtbar unterscheidbaren Komponenten von Albireo.
Animation von Doppelsternfinsternissen
Algol B umkreist Algol A. Diese Animation wurde aus 55 Bildern des CHARA-Interferometers im Nah-Infrarot-H-Band zusammengesetzt
Moderne Definitionen
Nach der modernen Definition ist der Begriff Doppelstern im Allgemeinen auf Sternpaare beschränkt, die um ein gemeinsames Massenzentrum kreisen. Binärsterne, die mit einem Teleskop oder interferometrischen Methoden aufgelöst werden können, werden als visuelle Binärsterne bezeichnet. Für die meisten der bekannten visuellen Doppelsterne wurde bisher noch keine ganze Umdrehung (vollständiger Kreis) beobachtet, man sieht, dass sie sich entlang einer gekrümmten Bahn oder eines Teilbogens bewegt haben.
Einige Sterne scheinen sich in einer Umlaufbahn um den leeren Raum zu befinden und scheinen keinen Begleiter zu haben. In diesem Fall ist der Begleiterstern entweder sehr klein und schwach, oder es handelt sich um einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Das bekannteste Beispiel für einen Stern mit einem unsichtbaren Begleiter ist Cygnus X-1, bei dem der Begleiter des sichtbaren Sterns ein Schwarzes Loch zu sein scheint.
Der allgemeinere Begriff Doppelstern wird für Sternenpaare verwendet, die am Himmel nahe beieinander gesehen werden. Diese Unterscheidung wird nur selten in anderen Sprachen als Englisch getroffen. Doppelsterne können Doppelsternsysteme sein oder auch nur zwei Sterne, die am Himmel nahe beieinander zu stehen scheinen, aber sehr unterschiedliche tatsächliche Entfernungen von der Sonne haben. Letztere werden als optische Doppelsterne oder optische Paare bezeichnet.
Visuelle Binärdateien
Ein visueller Doppelstern ist ein Stern, bei dem die Trennung der beiden Sterne mit einem Teleskop beobachtet werden kann. Der hellere Stern ist der Primärstern und der schwächere Stern der Sekundärstern. Visuelle Doppelsterne brauchen lange Zeit, um sich gegenseitig zu umkreisen, im Bereich von Hunderten oder sogar Tausenden von Jahren.
Spektroskopische Binäre
Ein spektroskopisches Doppelsternsystem ist eines, bei dem die beiden Sterne auch mit einem Teleskop nicht getrennt gesehen werden können. Sie stehen sehr nahe beieinander und bewegen sich sehr schnell umeinander, über einen Zeitraum von einigen Wochen oder sogar einigen Tagen. Sie können jedoch als zwei getrennte Sterne gesehen werden, wenn man ein Spektroskop verwendet, das in der Lage ist, die Doppler-Änderung in der Farbe des Lichts aufzuzeichnen, das von Sternen ausgesandt wird, die sich schnell auf die Erde zu oder von ihr weg bewegen.
Bedeckungsveränderliche Binäre
Einige spektroskopische Doppelsterne haben eine Umlaufbahn, die der Erde sehr nahe kommt. Wenn dies geschieht, laufen die Sterne abwechselnd vor dem Partnerstern vorbei und verdunkeln ihn, in einer so genannten Bedeckungsverdoppelung. In diesem Fall dunkelt die Lichtmenge, die wir von den Doppelsternen sehen, während der Zeit, in der ein Stern vor dem anderen liegt, leicht ab.
Astrometrische Binärdateien
Ein astrometrisches Binary ist ein Binary, bei dem nur ein Begleiter zu sehen ist. Bei astrometrischen Binärdateien in Erdnähe (bis zu etwa 10 Parsecs) kann es möglich sein, den sichtbaren Begleiter "wackeln" zu sehen, während er sich um seinen unsichtbaren Begleiter bewegt. Durch Messungen über einen langen Zeitraum hinweg ist es möglich, die Masse des sichtbaren Sterns und die Dauer seiner Umlaufbahn zu berechnen. Diese Methode wird auch verwendet, um das Vorhandensein von grossen Planeten, die einen Stern umkreisen, nachzuweisen; bis 2007 wurden auf diese Weise über zweihundert Planeten entdeckt.
System-Eigenschaften
Die meisten Binärdateien sind freistehende Binärdateien. Abgesehen von ihrer Anziehungskraft aufeinander haben sie keine gegenseitige Beeinflussung.
Einige Binärdateien sind so nahe beieinander, dass einer oder beide Sterne Material vom anderen Stern abziehen können. Kontaktbinäre Sterne haben die gleiche Sternatmosphäre, und da sie durch Reibung über einen langen Zeitraum verlangsamt werden, können sie zu einem Stern verschmelzen. Dieses heftige Ereignis lässt sie vorübergehend heller leuchten, heller als eine Nova, aber weniger hell als eine Supernova.
Formation
Obwohl es möglich sein könnte, dass Doppelsterne entstehen, wenn ein Stern sehr nahe an einem anderen vorbeiläuft, ist dies höchst unwahrscheinlich (da es tatsächlich drei Sterne nahe beieinander braucht, bevor zwei sich vereinigen können) und würde nur an Orten auftreten, an denen die Sterne dicht aneinander gepackt sind. Nach unserem derzeitigen Verständnis entstehen fast alle Doppelsterne gemeinsam in den dichten Gaswolken, in denen Sterne geboren werden.
Ausreißer und Novae
Es ist möglich (wenn auch nicht wahrscheinlich), dass ein vorbeiziehender Stern ein Doppelsternsystem stört und genügend Gravitationskraft liefert, um das Doppelsternsystem zu spalten. Solche getrennten Sterne leben dann als gewöhnliche Einzelsterne weiter. Manchmal ist jedoch so viel Gravitationskraft im Spiel, dass sich die beiden Begleiter mit großer Geschwindigkeit voneinander entfernen, was zu so genannten entlaufenen Sternen führt.
Manchmal befindet sich ein Stern in einer Umlaufbahn um einen Weißen Zwergstern. Wenn er groß genug und nahe genug am Weißen Zwerg ist, saugt der Zwerg möglicherweise Gase aus der Atmosphäre seines Begleiters an. Im Laufe der Zeit kann sich auf dem Weißen Zwerg sehr viel Gas ansammeln. Da dieses Gas durch die Schwerkraft des Weißen Zwergs verdichtet wird, wird es schließlich eine Kernfusion durchlaufen, die zu einem sehr hellen Lichtausbruch, einer so genannten Nova, führt. In einigen Fällen kann sich auf dem Weißen Zwerg so viel Gas sammeln, dass er bei der Explosion vollständig zerstört wird, in einer so genannten Supernova. Ein solches Ereignis kann auch zu entfliehenden Sternen führen, da der größere Stern keinen schweren Begleiter mehr hat, der ihn auf seiner Umlaufbahn hält.
X - Strahl-Binärdateien
X - Ray Binaries erzeugen große Mengen an Röntgenstrahlung. Sie entstehen, wenn ein massereicher Stern einen weniger massereichen Stern frisst. Der mindere Stern wird zum Spender, seine Materie wird abgelassen und fällt in den massereicheren (aber kompakteren) Stern, den Akkretor. Dieser setzt hochenergetische Photonen frei, zum Beispiel im Röntgenbereich der Wellenlängen. Die Röntgenstrahlen entstehen auch durch den Verbrauch von Material auf der Oberfläche des massereicheren Sterns in einem Prozess, der thermonukleare Verbrennung genannt wird. Dadurch können 10-Sekunden-Bursts erzeugt werden.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Doppelstern?
A: Bei einem Doppelstern handelt es sich um zwei Sterne, die sich gegenseitig umkreisen.
F: Wie wird der hellere Stern in einem Doppelsternsystem genannt?
A: Der hellere Stern wird als Primärstern bezeichnet.
F: Wie können Wissenschaftler die Masse von Doppelsternen bestimmen?
A: Durch die Betrachtung der Umlaufbahnen von Doppelsternen können Wissenschaftler deren Masse ermitteln.
F: Was ist der Unterschied zwischen Doppelsternen und optischen Doppelsternen mit Sichtverbindung?
A: Binärsterne stehen näher beieinander und sind durch die Schwerkraft miteinander verbunden, während optische Doppelsterne mit Sichtverbindung nur nahe beieinander stehen, aber nicht durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind.
F: Wer hat echte Doppelsterne entdeckt und nachgewiesen?
A: William Herschel war die erste Person, die echte Doppelsterne entdeckte und nachwies.
F: Was hat John Herschel bei der Entdeckung von Doppelsternen getan?
A: John Herschel fand mehrere tausend weitere Doppelsterne und aktualisierte den Katalog, den sein Vater William Herschel veröffentlicht hatte.
F: Wer hat vorgeschlagen, dass Doppelsterne physisch miteinander verbunden sein könnten?
A: John Michell war der erste, der vorschlug, dass Doppelsterne physisch miteinander verbunden sein könnten, als er 1767 argumentierte, dass die Wahrscheinlichkeit, dass ein Doppelstern auf eine zufällige Ausrichtung zurückzuführen sei, gering sei.
