Entfernungsmessung eines Mikrolinseneffekt-Ereignisses

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Schaubild der Lichtintensität (vertikale Achse mit willkürlichen Einheiten) gegen die Zeit (horizontale Achse in Tagen) für einen Mikrolinsenereignis. Es zeigt die sich ändernde Intensität des Lichts eines weit entfernten Hintergrundsterns, als er von einem ungefähr 10.000 Lichtjahre entfernten kleinen, unsichtbaren Stern abgedunkelt wurde, als dieser zufällig auf unserer Sichtlinie vorüberzog, so daß sein Schwerefeld, wie eine Linse wirkend, das Licht des Hintergrundsterns spektakulär verstärkte. Astronomen beobachteten das Ereignis von zwei weit voneinander getrennten Orten aus, dem Spitzer-Weltraum-Teleskop und dem erdgebundenen Observatorium „OGLE“. Die Unterschiede in den beiden Datensätzen erlauben die Entfernung und Masse des dunklen Sterns abzuschätzen. Spitzer / IRAC; Yee et al.

 

Die Entfernung zu himmlischen Objekten ist für die Berechnung wesentlicher Eigenschaften wie Masse und Leuchtkraft entscheidend. Unglücklicherweise ist die Entfernung auch eine der am schwierigsten zu messenden Größen. Die direkteste Methode der Entfernungsbestimmung nennt man Parallaxe: wird ein Himmelskörper aus verschiedenen, weit auseinanderliegenden Blickwinkeln betrachtet, erscheint seine Winkellage in Bezug auf Hintergrundsterne unterschiedlich. Die Parallaxe wird traditionell genutzt, um die Entfernungen zu nah gelegenen Sternen durch Messung ihrer scheinbaren Winkel zu triangulieren (durch Dreieckgrößen zu bestimmen), wobei die Meßpunkte durch sechs Monate voneinander getrennt auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Erdumlaufbahn um die Sonne liegen.

Astronomen würden gerne die Verteilung dunkler (sprich unsichtbarer) Objekte in der Galaxis kennen, etwa vagabundierende Planeten oder kleine, lichtschwache Sterne, um eine zutreffende Zählung der galaktischen Objekte zu erhalten. Eine grundlegende Methode, um diese dunklen Objekte aufzufinden, ist der Mikrolinseneffekt: ein kurzer Lichtblitz, der durch das wie eine Linse wirkende Gravitationsfeld des dunklen Objekts (daher der Name) hervorgerufen wird und die Intensität des sichtbaren Lichts von einem entfernteren Hintergrundstern ändert, wenn der unsichtbare Körper zufällig vor dem Stern im Hintergrund vorbeizieht. Vor etwa dreißig Jahren sagten Wissenschaftler voraus, daß, wenn es jemals möglich werden sollte, einen Lichtblitz auf Grund des Mikrolinseneffekts von zwei gut voneinander getrennten Beobachtungsorten aus zu beobachten, eine Parallaxenmessung die Entfernung zu dem dunklen Objekt genau bestimmen würde.

Das Spitzer-Weltraum-Teleskop umkreist derzeit die Sonne auf der Erdbahn und folgt der Erde mit einem Abstand, der etwa einem Sechstel der Länge ihrer Umlaufbahn entspricht. Die CfA-Astronomin Jennifer Yee leitete ein Team von sechzehn Astronomen während einer Kampagne zu Parallaxenmessungen von Mikrolinseneffekten sowohl mit dem Spitzer-Weltraum-Teleskop als auch erdgebundenen Teleskopen. Wenn die Gruppe eine Warnung auf einen bevorstehenden Blitz von erdgebundenen Beobachtern, die nach Aufhellungseffekten suchten, erhielt, leiteten sie kurzfristig abgestimmte Beobachtungen in die Wege. Der von ihnen gemessene Blitz erreichte sie von beiden Orten nicht nur zu geringfügig unterschiedlichen Zeiten, sondern hatte zudem voneinander abweichende Helligkeitsprofile. Die Ergebnisse ermöglichten den Wissenschaftlern, die Masse des dunklen Objekts, 0.23 (±0.07) Sonnenmassen, sowie seine Entfernung, 10.200 (±1.300) Lichtjahre, zu bestimmen. Auch wenn das Spitzer-Teleskop früher schon eingesetzt wurde, um Mikrolinseneffekte zu untersuchen, ist dies die erste weltraumbasierte Parallaxenmessung eines einzelnen Sterns mittels des Mikrolinseneffekts und zeigt, daß diese Methode zur Untersuchung dieser dunklen Komponente unserer Galaxis vermutlich eine sehr Erfolg versprechende wird.

Literatur:
„First Space-Based Microlens Parallax Measurement of an Isolated Star: Spitzer Observations of OGLE-2014-BLG-0939“
J. C. Yee, A. Udalski, S. Calchi Novati, A. Gould, S. Carey, R. Poleski, B. S. Gaudi, R. W. Pogge, J. Skowron, S. Kozłowski, P. Mróz, P. Pietrukowicz, G. Pietrzynski, M. K. Szymanski, I. SoszyŃski, K. Ulaczyk, and Ł. Wyrzykowski
The Astrophysical Journal, 802:76 (10pp), 2015 April 1