Wie misst man die Masse eines Sterns?

Links großer weißer Stern, rechts kleiner blauer Stern vor einem sternenübersäten Hintergrund.

Künstlerisches Konzept des Doppelsternsystems von Sirius A und seinem kleinen blauen Begleiter Sirius B, einem heißen Weißen Zwerg. Die 2 Sterne drehen sich alle 50 Jahre umeinander. Bild überDIES/ G. Speck.


Es gibtviele Doppelsterne– zwei Sterne, die sich um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt drehen – bevölkern den Sternenhimmel. Tatsächlich sehen wir eine große Mehrheit aller Sterne (rund 85 %) sind Teil eines Mehrsternsystems aus zwei oder mehr Sternen! Dies ist ein Glück für Astronomen, da zwei Sterne zusammen eine einfache Möglichkeit bieten, ihre jeweiligen Massen zu messen.

Um die Massen von Sternen in Doppelsystemen zu bestimmen, müssen Sie nur zwei Dinge wissen: diegroße Halbachseoder meinenDistanzzwischen den beiden Sternen (oft ausgedrückt inastronomische Einheiten, das ist der durchschnittliche Abstand zwischen Erde und Sonne) und dieZeitEs dauert, bis sich die beiden Sterne umeinander drehen (auch bekannt als dieUmlaufzeit, oft in Erdenjahren ausgedrückt). Allein mit diesen beiden Beobachtungen können Astronomen die Massen der Sterne berechnen, was sie normalerweise in Einheiten der Sonnenmasse tun (dh ein Maß dafür, wie viele unserer Sonnen der Stern „wiegt“. Eine Sonnenmasse ist 1,989 x 1030Kilogramm oder etwa 333.000 mal die Masse unseres Planeten Erde.).


Wir werden verwendenSirius, zum Beispiel der hellste Stern des Nachthimmels. Es sieht mit bloßem Auge wie ein einzelner Stern aus, aber es ist auch ein Doppelstern (und Sie könnenseht es selbst, wenn Sie ein kleines Teleskop haben). Die beiden Sterne umkreisen einander mit einer Periode von etwa 50 Erdjahren, in einem durchschnittlichen Abstand von etwa 20 astronomischen Einheiten (ZU). Der hellere der beiden heißt Sirius A, während sein schwächerer Begleiter als Sirius B bekannt ist (Der Welpe).

Schwarzer Hintergrund mit einem zentralen weißen Fleck mit Stacheln und einem kleinen weißen Punkt auf der linken Seite.

Sehen Sie sich die Fotos der ForVM-Community an.|Michael Teoh |am Heng Ee Observatory in Penang, Malaysia, hat dieses Foto von Sirius A und Sirius B (einem Weißen Zwerg) am 26. Januar 2021 aufgenommen. Er verwendete 30 1-Sekunden-Belichtungen und stapelte sie, um den schwachen Sirius B erscheinen zu lassen. Danke, Micha!

Wie würden Astronomen also die Massen von Sirius A und B finden? Sie würden einfach den mittleren Abstand zwischen den beiden Sternen und ihre Umlaufperiode in die einfach zu verwendende Formel unten einfügen, die erstmals 1618 von Johannes Kepler abgeleitet wurde und als . bekannt istDas dritte Keplersche Gesetz:

Gesamtmasse = Distanz3/Zeitraum2




Der Abstand ist hier der mittlere Abstand zwischen den Sternen (oder genauer gesagt dergroße Halbachse) in astronomischen Einheiten, also 20, und die Umlaufzeit beträgt 50 Jahre.

Die resultierende Gesamtmasse beträgt etwa drei Sonnenmassen. Beachten Sie, dass dies nicht die Masse eines Sterns ist, sondern die Summe beider Sterne. Wir wissen also, dass das gesamte Doppelsystem drei Sonnenmassen entspricht.

Zwei überlappende elliptische Bahnen in Rot mit weißen Kreisen, die sich um die Bahnen bewegen.

Ein Beispiel für ein Doppelsternsystem, dessen Komponentensterne um einen gemeinsamen Schwerpunkt (das rote Kreuz) kreisen. In dieser Darstellung haben die beiden Sterne ähnliche Massen. Im Fall des Sirius-Doppelsternsystems hat Sirius A etwa die doppelte Masse von Sirius B. Bild überWikimedia Commons.

Um die Masse jedes einzelnen Sterns zu bestimmen, müssen Astronomen die mittlere Entfernung jedes Sterns vomSchwerpunkt: ihr gemeinsamer Massenschwerpunkt. Um dies zu lernen, verlassen sie sich wieder auf ihre Beobachtungen.


Es stellt sich heraus, dass Sirius B, der weniger massereiche Stern, etwa doppelt so weit vom Schwerpunkt entfernt ist wie Sirius A. Das bedeutet, dass Sirius B etwa die Hälfte der Masse von Sirius A hat.

Wenn Sie also wissen, dass das gesamte System etwa drei Sonnenmassen hat, können Sie ableiten, dass die Masse von Sirius A etwa zwei Sonnenmassen beträgt, während Sirius B in etwa der Masse unserer Sonne entspricht.

Aber was ist mit Sternen, die allein in ihrem Sternensystem sind, wie die Sonne? Die Doppelsternsysteme sind wieder der Schlüssel: Nachdem wir für viele Sterne in Doppelsternsystemen die Massen berechnet haben und auch wissen, wieleuchtendsie sind, wir bemerken, dass es eine Beziehung zwischen ihnen gibtHelligkeitund ihre Masse. Mit anderen Worten, für einzelne Sterne müssen wir nur ihre Leuchtkraft messen und dann dieMasse-Leuchtkraft-Beziehungum ihre Masse herauszufinden. Danke, Binärdateien!

Weiterlesen: Was ist stellare Leuchtkraft?


Weiterlesen: Was ist stellare Magnitude?

Fazit: Für Astronomen sind Doppelsternsysteme ein sehr nützliches Werkzeug, um die Masse von Sternen zu bestimmen.