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Prämierte Arbeit über Proxima Centauri

Christophe Lovis, Mitglied des NFS PlanetS an der Universität Genf, erhielt Anfang des Jahres den Preis “La Recherche”, der von der gleichnamigen renommierten, französischen Zeitschrift verliehen wird und sich an die breite Öffentlichkeit richtet. In einem Artikel in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics haben Christophe Lovis und seine Kollegen gezeigt, dass der sonnennächste Stern Proxima Centauri ans Alpha-Centauri-Paar gebunden ist und dieses umkreist.

Christiophe Lovis von der Universität Genf. (Bild UniGe)

“Es war eine Überraschung, ich habe dies überhaupt nicht erwartet”, sagt Christophe Lovis mit einem breiten Lächeln, “aber ich bin ziemlich stolz, weil es ein schönes Ergebnis ist, das mehr Echo verdient hätte.” Tatsächlich befasst sich die veröffentlichte Arbeit mit der Frage, ob Proxima Centauri mit dem Doppelstern Alpha Centauri A und B verbunden ist. Um sie beantworten zu können, mussten die Astronomen die Koordinaten der Positionen und Geschwindigkeiten der drei Sterne genau kennen. Die Positionen und Eigenbewegungen konnten sie aus Messungen des Hipparcos-Satelliten ableiten. Die absoluten Radialgeschwindigkeiten der drei Körper mussten aber noch gemessen werden.

“Wir wissen sehr gut, wie man Änderungen der Radialgeschwindigkeit misst, so haben wir Exoplaneten entdeckt”, erklärt Christophe Lovis, “die Messung absoluter Geschwindigkeiten hingegen ist eine viel schwierigere Aufgabe.” Für Alpha Centauri verwendeten die Forscher die hochaufgelösten Spektren von HARPS und nahmen an, dass Alpha ein Stern ist, der nahezu identisch mit der Sonne ist. “Wenn wir annehmen, dass Alpha ein sonnenähnlicher Stern ist, können wir vom Spektrum die Effekte subtrahieren, die mit der Schwerkraft und der Turbulenz des Sterns zusammenhängen”, sagt Christophe Lovis. So lässt sich die Radialgeschwindigkeit dieses Sterns berechnen.

Eine überraschende Premiere

Bei Proxima liegen die Dinge komplizierter. Proxima ist ein Roter Zwerg, dessen Spektrum durch eine grosse Anzahl molekularer Linien gekennzeichnet ist, was die Berechnung der Radialgeschwindigkeit sehr ungenau oder gar unmöglich macht. Um dieses Hindernis zu überwinden, hatte Christophe Lovis die Idee, Emissionslinien anstelle von Absorptionslinien zu verwenden. Natrium- und Kalziumlinien können leicht modelliert werden, um ihre Position auf dem Spektrum abzuleiten. Dann ist es möglich, durch Vergleich mit den im Labor erhaltenen Werten die Geschwindigkeit zu ermitteln. “Das ist das erste Mal, dass eine solche Methode angewendet wurde”, erklärt der Astronom, der ein wenig überrascht war, dass noch niemand diese Idee realisiert hatte. Denn diese Spektrallinien sind intensiv genug, um identifiziert und modelliert zu werden.

Als die Forscher die Geschwindigkeiten und Positionen im dreidimensionalen Raum bestimmt hatten, konnten sie die Fluchtgeschwindigkeit von Proxima aus dem System berechnen. Das Resultat: Proxima bleibt mit dem System verbunden, wenn seine Geschwindigkeit kleiner als 545 m/sec ist. Die Berechnungen der Forscher ergaben jedoch eine tatsächliche Geschwindigkeit von 273 m/sec mit einer möglichen Abweichung, einem sogenannten Fehlerbalken von 49 m/sec. Dies zeigt deutlich, dass Proxima mit dem System verbunden ist und Alpha Centauri A und B umkreist. “Der grosse Fortschritt liegt in der Ungenauigkeit, dem Fehlerbalken”, erklärt Christophe Lovis, “es ist das erste Mal, dass er so klein ist und es ermöglicht, eindeutig zu sagen, dass Proxima mit dem System verbunden ist.” Die Astronomen konnten auch andere Parameter der Umlaufbahn berechnen wie die Umlaufzeit von 550’000 Jahren, ihre Exzentrizität von 0,5 und ihre halbe Hauptachse von 8700 AE.

“Der Preis macht natürlich Freude”, bestätigt der Forscher. Seine Methode zur Berechnung der absoluten Radialgeschwindigkeit soll aber noch weit über den Centaurus hinausreichen. Denn wenn man auch die Dynamik von Doppelsystemen mit nahe beieinanderliegenden Sternen gut kennt, gibt es immer noch viele Unbekannte bei Systemen, in denen die Sterne weit voneinander entfernt sind. Die Technik der Berechnung absoluter Radialgeschwindigkeiten mittels Emissionslinien könnte die Wissenslücke zwischen Galaxien und Sternen schliessen.