Ungewöhnliche Umlaufbahnen eines Doppelsterns

Lange Zeit hat ein Doppelsternsystem in unserer Milchstraße den Forschern Rätsel aufgegeben: Warum weichen die Umlaufbahnen der Sterne von DI Herculis deutlich ab von den theoretischen Vorhersagen? Dieses ungewöhnliche Phänomen hat zwischenzeitlich für Zweifel an der allgemeinen Relativitätstheorie gesorgt. Jetzt haben vier Wissenschaftler aus den Niederlanden, den USA und Deutschland diese Frage klären können. Tatsächlich sind die Rotationsachsen des Doppelsterns ganz anders ausgerichtet als bislang angenommen. An den Arbeiten war Dr. Sabine Reffert vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg beteiligt. Die Ergebnisse wurden jetzt in „Nature“ veröffentlicht.

Unter den 100 Milliarden Sternen unserer Milchstraße befinden sich zu einem großen Teil Sternenpaare, sogenannte Doppelsterne, die zumeist gemeinsam entstanden sind und umeinander kreisen. Die Orientierung ihrer Bahnebenen verändert sich im Laufe der Zeit auf charakteristische Weise. Diese Veränderungen werden zum Beispiel durch die Gravitationswirkung anderer Sterne und Planeten hervorgerufen. Der als Präzession bezeichnete Vorgang ähnelt einem sich drehenden Kreisel, dessen Rotationsachse bei der Drehbewegung taumelt.

Bei fast allen Doppelsternsystemen entsprach die gemessene Präzession der Astronomen den Vorhersagen in der Theorie. Eine Ausnahme machte jedoch bislang der DI Herculis genannte Doppelstern, der sich in etwa 2.000 Lichtjahren Abstand von der Erde befindet. Dort sind die beobachteten Veränderungen der Bahnebenen viermal langsamer als sie es aufgrund der gemessenen Eigenschaften des Sternsystems sein sollten. Dieses Phänomen wurde vereinzelt auch als Problem für die allgemeine Relativitätstheorie angesehen.

Um die ungewöhnlichen Bahnbewegungen aufklären zu können, hat das internationale Forscherteam charakteristische Effekte von DI Herculis aufgezeichnet und ausgewertet: Da die Doppelsterne nur einen geringen Abstand zueinander haben, erscheinen sie am Himmel wie ein einzelner Stern. Zufälligerweise umkreisen sie sich innerhalb von zehn Tagen so, dass ihre Bahnebene in Blickrichtung zur Erde liegt. Beide Sterne bedecken sich dabei immer wieder gegenseitig, so dass ihre Gesamthelligkeit periodisch abgeschwächt wird.

In diesem Zusammenhang haben die Forscher eine Vielzahl optischer Spektren des Doppelsterns analysiert. Sie nutzten dabei Methoden, die bei der Suche nach extrasolaren Planeten eingesetzt werden. Auf diese Weise konnten die Experten den Grund für die langsame Präzession aufdecken: Bisher wurde angenommen, dass in Doppelsternsystemen die Rotationsachsen beider Sterne parallel ausgerichtet sind und senkrecht zur Bahnebene stehen. Bei DI Herculis liegen diese jedoch fast in der Bahnebene und weisen damit große Unterschiede in ihrer Ausrichtung auf – was die Umlaufbahn der beiden Sterne beeinflusst und zu einer Abweichung von den theoretischen Vorhersagen führt.

„Vieles spricht dafür, dass die beiden Sterne an Ort und Stelle gemeinsam entstanden sind. Dass sich hierbei eine derart große Differenz bei der Ausrichtung der Rotationsachsen entwickeln kann, ist völlig überraschend und fordert nun die Theoretiker heraus, ein derartiges Verhalten zu erklären“, betont Dr. Reffert. „Möglicherweise ist die Entstehung von Planeten- und Doppelsternsystemen noch komplexer und dynamischer als bislang vermutet.“

Originalveröffentlichung:
S. Albrecht, S. Reffert, I.A.G. Snellen & J.N. Winn: Misaligned spin and orbital axes cause the anomalous precession of DI Herculis, Nature 461, 373-376 (17 September 2009), doi:10.1038/nature0840

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