Unser Verständnis des Universums und der Milchstraße basiert auf einem Gebäude einzelner Erkenntnisse, die alle miteinander in Beziehung stehen. Aber jedes dieser Stücke ist nur so genau. Je genauer wir eines der Erkenntnisse machen können, desto genauer ist unser Verständnis des Ganzen.
Das Zeitalter der Sterne ist ein solches Stück. Seit Jahren verwenden Astronomen eine Methode zur Bestimmung des Alters von Sternen mit einer Fehlerquote von 10% bis 20%. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern der Embry-Riddle Aeronautical University eine neue Technik entwickelt, um das Alter von Sternen mit einer Fehlerquote von nur 3% bis 5% zu bestimmen.
Gegenwärtige Sternendatierungstechniken beruhen auf der Beobachtung von Sternen in der Hauptsequenz, die einer Art Erwachsenenhaube für Sterne ähnelt. Die Technik untersucht Sterne, die zu "sterben" begonnen haben, was in diesem Fall bedeutet, dass sie ihren Wasserstoff verbrauchen. Darüber hinaus können Wissenschaftler das Alter eines Sterns normalerweise nur anhand des Alters der Bevölkerung bestimmen, zu der sie gehören. Sie kennen das Alter einiger einzelner Sterne, aber meistens kennen wir eher das Alter der Sternhaufen als die einzelnen Sterne selbst.
Die Gründe dafür sind ziemlich komplex, aber unsere Sterndatierungstechniken haben zu einigen seltsamen, ziemlich offensichtlich unmöglichen Schlussfolgerungen geführt, wie zum Beispiel das Auffinden von Sternhaufen in der Milchstraße, die älter sind als die Milchstraße selbst.
Die Technik, die von einem Team bei Embry-Riddle unter der Leitung von Professor für Physik und Astronomie, Dr. Ted von Hippel, entwickelt wurde, basiert eher auf Messungen von weißen Zwergen als auf Hauptreihensternen. Weiße Zwerge sind Überreste von Sternen, die die Hauptsequenz verlassen haben, nachdem ihnen der Treibstoff ausgegangen ist. Unsere eigene Sonne wird ihr Leben als weißer Zwerg beenden.
Die neue Technik misst die Masse, die Oberflächentemperatur und ob die Atmosphäre Wasserstoff oder Helium enthält.
„… Zu wissen, ob sich Wasserstoff oder Helium an der Oberfläche befindet, ist wichtig, da Helium Wärme leichter vom Stern abgibt als Wasserstoff.“
Dr. Ted von Hippel, Professor für Physik und Astronomie, Embry-Riddle University.
"Die Masse des Sterns ist wichtig, weil Objekte mit größerer Masse mehr Energie haben und länger brauchen, um sich abzukühlen", sagte von Hippel, Direktor des Observatoriums der Abteilung für physikalische Wissenschaften von Embry-Riddle und 1,0-Meter-Ritchey-Chretien-Teleskop. „Deshalb bleibt eine Tasse Kaffee länger heiß als ein Teelöffel Kaffee. Die Oberflächentemperatur gibt wie verbrauchte Kohlen am erloschenen Lagerfeuer Hinweise darauf, wie lange das Feuer her ist. Schließlich ist es wichtig zu wissen, ob sich Wasserstoff oder Helium an der Oberfläche befindet, da Helium Wärme leichter vom Stern wegstrahlt als Wasserstoff. “
Die Masse eines Sterns ist immer noch der Schlüssel zur Bestimmung seines Alters und es ist immer noch schwierig, insbesondere für große Populationen weißer Zwerge. Dank des Gaia-Satelliten wird dies jedoch einfacher.
Die neue Methode von Professor von Hippel nutzt die Daten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation. Gaia erstellt eine 3D-Karte der Milchstraße, indem sie die Positions- und Radialgeschwindigkeit von etwa 1 Milliarde Sternen in der Milchstraße und in der lokalen Gruppe misst. Gaia misst Sternentfernungen mit äußerster Genauigkeit, und das hat von Hippels Team ausgenutzt.
Gaia war in der Lage, Sternentfernungen mit großer Genauigkeit zu messen, und von Hippel und sein Team verwendeten diese Genauigkeit, um den Radius von Sternen anhand ihrer Helligkeit zu bestimmen. Von dort aus verwendeten sie vorhandene Informationen über das Masse-Radius-Verhältnis des Sterns, um die Masse zu bestimmen, eine fehlende Zutat zur Bestimmung des Alters eines Sterns.
Der letzte Schliff, der der neuen Technik ihre Präzision verleiht, besteht darin, die Metallizität des Sterns herauszufinden. Metallizität bezieht sich auf die Häufigkeit verschiedener chemischer Elemente im Stern. Diese Informationen ermöglichen es ihnen, das Alter des Sterns zu verfeinern.
Auf dem jüngsten Treffen der American Astronomical Society präsentierten Mitglieder des von Hippel-Teams zwei Poster zu ihrer Arbeit. Die erste konzentrierte sich auf ein binäres Sternpaar mit einem weißen Zwerg und einem Hauptreihenstern. Die zweite konzentrierte sich auf ein binäres Paar weißer Zwerge.
"Die nächste Stufe der Studie wird darin bestehen, so viele Elemente im Periodensystem wie möglich für den Hauptsequenzstern innerhalb dieser Paare zu bestimmen."
Dr. Ted von Hippel, Professor für Physik und Astronomie, Embry-Riddle University.
"Die nächste Stufe der Studie wird darin bestehen, so viele Elemente im Periodensystem wie möglich für den Hauptsequenzstern innerhalb dieser Paare zu bestimmen", sagte von Hippel. "Das würde uns mehr über die chemische Entwicklung der Galaktik erzählen, basierend darauf, wie sich im Laufe der Zeit verschiedene Elemente als Sterne in unserer Galaxie, der Milchstraße, gebildet haben."
Von Hippel sagt, dass die Methode noch in der Entwicklung ist und noch in der Vorphase betrachtet werden kann. Aber es ist vielversprechend und das Team hofft, dass es irgendwann das Alter aller weißen Zwerge im Gaia-Datensatz erfahren wird. "Dies könnte es Forschern ermöglichen, unser Verständnis der Sternentstehung in der Milchstraße erheblich zu verbessern", sagte von Hippel.
Von Hippel notierte einen Vergleich zwischen dem Gebiet der Archäologie und dem Gebiet der Astrophysik. In der Archäologie verwenden wir die Kohlenstoffdatierung, um das Alter aller Arten von Objekten zu bestimmen: Werkzeuge, Strukturen, Fossilien, steinzeitliche Stätten. Das Alter der Dinge gibt uns ein Verständnis für die Zeitachse der Ereignisse auf der Erde. Gleiches gilt für das Universum.
„Für die heutigen Astronomen haben wir keinen Kontext, ohne das Alter der verschiedenen Komponenten unserer Galaxie zu kennen. Wir hatten Techniken zur Datierung von Himmelsobjekten, aber nicht genau. "
