Sternengeschichten Folge 712: Das Röntgenrätsel um Gamma Cassiopeiae

00:00:15: Sternengeschichten, Folge siebenhundertzwölf.

00:00:19: Das Röntgenrätsel um Gamma Casiopeia Den Stern-Gamma-Casiopeie kann man schwer übersehen – das Sternbild-Casiopeia ist für Mitteleuropa zirkumpolar, d. h., es ist das ganze Jahr über in der Nacht am Himmel zu sehen und durch die markante Form ist es auch leicht zu erkennen.

00:00:37: Es trägt gar nicht umsonst den Namen Himmelswee Und der Stern, der dort genau die mittlere Spitze des Wees bildet Das ist Gamakasiopee.

00:00:47: Und ich werde mich ab jetzt darauf beschränken, den Stern Gamakas zu nennen, denn es soll ja um das Rätsel gehen, dass dieser Stern uns in der Vergangenheit aufgegeben hat und nicht um seinen Namen!

00:00:57: Obwohl's darüber auch einiges zu erzählen gibt.

00:00:59: tatsächlich – gerade weil der Stern so gut zu finden und zu erkennen isst….

00:01:03: …hab man ihn früher gern für die Navigation oder die Orientierung verwendet... ...und man hat es auch in der Gegenwart noch gemacht zum Beispiel bei den frühen NASA-Astronauten.

00:01:13: Einer davon war Gus Grissom, der zweite Amerikaner und der dritte Mensch überhaupt im Weltall.

00:01:18: Der tragischerweise beim Test des Apollo-I Raumschiffs, ist ums Leben gekommen.

00:01:25: Mit vollen Namen heißt er Virtual Ivan Grissum und weil er Gammakas bei seinen Training und den Raumflügen immer wieder zur Orientierung verwendet hat, hat er den Stern im Scherz Navi genannt – also Ivan rückwärts gelesen!

00:01:39: Grissom hat auch ein paar andere Sternes in der Navigationskarte auf diese Weise umbenannt und mit rückwärtsgeschriebenen Namen von Kollegen versehen.

00:01:47: Aber wie gesagt, es sollen nicht um die Namen gehen sondern um den Stern selbst!

00:01:52: Aus astronomischer und wissenschaftlicher Sicht ist der Stern das erste mal achtzehn sechsundsechzig so richtig auffällig geworden.

00:01:59: Am dreiundzwanzigsten August dieses Jahres hat der italienische Astronom Angelo Secchi eine kurze Nachricht an den Herausgeber der Fachzeitschrift astronomische Nachrichten geschickt.

00:02:10: Darin schreibt er unter anderem, für den Augenblick kann ich nicht umhin sie auf eine merkwürdige Besonderheit des Sterns Gamma Cassiopee aufmerksam zu machen die bisher einzigartig ist.

00:02:23: Diese Besonderkeit besteht darin dass während der große Mehrheit der weißen Sterne eine sehr klare und breite F-Linie zeigt wie Alphalyre Sirius

00:02:33: usw.,

00:02:34: Gamma Casiopee, an deren Stelle eine sehr schöne helle Linie besitzt die viel glänzender ist als der gesamte übrige Teil des Spektrums.

00:02:43: Und damit ist natürlich nicht gemeint dass da irgendwelche Linien auf dem Stern drauf gemalt sind oder sowas.

00:02:49: Sekki hat ein Spektroskop getestet.

00:02:52: er hat das Licht des Sternes also auch ein optisches Gerät fallen lassen um es in seine Bestandteile aufzuspalten.

00:02:59: Ich habe darüber in den Sternengeschichten ja schon sehr oft gesprochen.

00:03:02: Das Licht der Sterne ist aus allen möglichen Farben zusammengesetzt und mit den richtigen Geräten kann man diese Mischung wieder in den bunten Regenbogen aller Farben aufspalten.

00:03:13: Und wenn man da noch genauer hinschaut, erkennt man dunkle Linien im RegenBogen – die Spektrallinien.

00:03:19: Die entstehen sehr kurz gesagt weil das Licht auf dem Weg aus dem Inneren eines Sterns dessen äußere Garschichten durchquert und die Atome des Gases bestimmte Teile des Lichtes quasi blockieren.

00:03:31: Von diesen Farben gelangt dann weniger hinaus ins All als von den anderen und am Ende sieht man die dunklen Linien.

00:03:37: Das wusste man damals schon, Sekki hat aber das Gegenteil beobachtet – dort wo andere Sterne eine dunkle Linie zeigen, hat Gamakas eine Helle!

00:03:47: Nicht wenigerlich gelangte es all sondern scheinbar mehr….

00:03:50: Das was Sekki da beobachtet hat war ein Stern mit Emissionslinien.

00:03:56: Die sind in Gegensatz zu den Absorptionslinien nicht dunkel, sondern leuchten heller als der Rest des Regenbogens.

00:04:03: Emissions- und Absorptionslinien entstehen aber eigentlich auf dieselbe Art und Weise – es wäre eine eigene Folge der Sternengeschichtenwert diesen Prozess im Detail zu erklären!

00:04:13: Aber ich halte mal kurz….

00:04:15: Atome können angeregt werden, wenn man ihnen Energie zuführt.

00:04:20: Zum Beispiel durch die Strahlung eines Sterns und diese Energie der Anregung geben sie dann wieder ab in Form von Strahlungen als Licht und zwar bei einer ganz bestimmten Lichtwellenlänge also eine ganz bestimmte Farbe.

00:04:33: Und dann kommt es darauf an ob man Licht untersucht das von einem heißen Material stammt und sich dann doch kühleres Gas bewegt oder nicht?

00:04:42: Den ersten Fall den haben wir beim normalen Stern.

00:04:45: Im Kern ist es heiß, dort kommt das Licht her und dieses Licht bewegt sich dann durch die kühleren äußeren Schichten.

00:04:51: Dort werden die Atome angeregt und damit man sie anregen kann, muss das Licht eine ganz bestimmte Wellenlänge, eine ganz bestimmte Farbe haben.

00:04:59: Und die angeregten Atome geben die Energie dann wieder bei genau dieser Wellenlinge diese Farbe ab aber in alle Richtungen.

00:05:06: Das Licht wird quasi in alle richtungen gestreut und am Ende fehlt draußen ein bisschen was weil eben nicht alles raus kommt sondern ein Teil auch wieder zurückgestreut wird.

00:05:15: Es kann aber auch sein dass man ein heißes Gas hat das vergleichsweise dünn ist und keinen Stern in der Mitte.

00:05:22: Wenn dieses heiße Gas dann durch Strahlung von irgendwo anders angeregt wird, geben die Atome dort wieder ihr charakteristisches Licht ab genauso wie vorhin.

00:05:31: aber weil drum herum eben nur ein dünnes Gas ist, wird dieses Licht nicht zu stark gestreut.

00:05:36: Anders gesagt eine helle Quelle von Licht, die vom kühleren Gas umgeben ist erzeugt dunkle Linien.

00:05:43: Ein heißes dünnes Gas alleine erzeugte helle Emissionslinien wenn es irgendwie angereckt.

00:05:50: Gamma-Cas ist ja jetzt definitiv kein heißes dünnes Gas, sondern ein Stern.

00:05:55: Dort soll es Absorptionslinien geben – keine Emissionslinien!

00:05:59: Was also geht da ab?

00:06:00: Gamma Cas is das was man einen BE-Stern nennt und so nennt man heiße Sterne die Emissionslinen zeigen und es erklärt natürlich noch nicht viel.

00:06:10: Das sind Sterne, die ersten sehr masserreich sind Also so circa dass zwei bis zwanzigfache der Sonnenmasse haben.

00:06:17: Solche Sterne sind natürlich auch deutlich heißer als die Sonne und manche von ihnen können noch dazu sehr schnell um ihre eigene Achse rotieren.

00:06:26: Und zwar so schnell, dass sie Masse aus ihren äußeren Schichten hinaus ins All schleudern – diese Masse kann eine Art Ring- oder Scheibe außen um den Stern herum bilden!

00:06:38: Diese Scheibe aus heißem Gas ist es, die die Emissionslinien erzeugt wenn das Material dort doch die Strahlung des heißen Sterns angeregt wird.

00:06:48: Sekki hat es damals noch nicht wissen können, er hat nur die Überlagerung von Absorptions- und Emissionslinien gesehen – und für ihn hat so ausgeschaut als wäre da nur eine helle Linie, die direkt vom Stern kommt!

00:07:00: Heute wissen wir dass es einige solcher Sterne gibt wie Gammakas mit Emissions-Linien…und wir wissen noch mehr...In den neunzehn-sebziger Jahren haben wir festgestellt dass Gamma-Cas nicht nur Emissionen im normalen Licht zeigt, sondern auch im Röntgenlicht.

00:07:16: Jeder Stern leuchtet ein bisschen in diesem hochenergetischen Licht der Röntenstrahlung – aber Gamma Cas tut das sehr viel stärker als es Sterne seien des Typs normalerweise tun, circa vierzigmal mehr als es zu erwarten wäre!

00:07:30: Damit ein Objekt überhaupt Röentgenstrahlungen aussenden kann muss es sehr stark aufgeheizt werden.

00:07:35: Aber um das zu produzieren was man bei Gamma Cass gemessen hat bräuchte man ein heißes Gas mit mehr als hundert Millionen Grad und wir haben in der Nähe von Gamakas hier eine Scheibe aus Gas.

00:07:47: Aber die auf Hundert Millionen Grat aufzuheizen, das wird auch Gamakass nicht hinkriegen!

00:07:52: Und wenn man sich des Röntgenlicht anschaut dass vom Gamakast kommt sieht man auch dass es nicht konstant leuchtet sondern immer wieder einerseits kurzfristige Intensitätsausbrüche stattfinden die ein paar Sekunden bis Minuten dauern und andererseits periodische Schwankungen in der gesamten Helligkeit beobachtbar sind.

00:08:11: Womit sich ein weiteres Mal die Frage stellt, was geht da ab?

00:08:16: Es könnte sein dass es irgendwelche magnetischen Wechselwirkungen zwischen Stern und Garscheibe gibt – sowas kennen wir auch von der Sonne.

00:08:24: wenn da das elektrisch gelagte Plasma ihrer äußeren Schichten durch die Gegend wirbelt kommt's immer wieder mal zu Kurzschlüssen bei denen jede Menge Energie freigesetzt wird.

00:08:34: Bei einem so großen und heißen Stern wie Gammakas könnte es noch wilder sein.

00:08:39: Da könnten die magnetischen Ströme des Sterns bis zur Scheibe reichen, und wenn dann ein Mega-Kurzschluss stattfindet, könnte so viel Energie ins Plasma der Scheibe gelangen, dass sie auf diese extremen Temperaturen aufgeheizt wird.

00:08:53: Oder aber wir stehen vor einem ähnlichen Problem wie damals Angelosecchi – Die Röntgenstrahlung kommt gar nicht vom Stern, sondern da ist noch was anderes!

00:09:03: zum Beispiel ein weißer Zwerg oder einen Neutronenstern, der Gamma-Kass umkreist.

00:09:08: Denn wenn dann Material vom Stern oder aus der Scheibe auf diesem Begleiter fällt kann dabei ebenfalls Röntgenstrahlung erzeugt werden.

00:09:17: Um das Rätsel zu lösen muss man nicht nur die Röentgenstahlung an sich messen sondern man muss sie so genau messen dass man auch sieht wo sie herkommt.

00:09:26: also jetzt nicht nur grob aus der Richtung von Gamma Kass sondern sehr viel genauer.

00:09:32: Und das ist schwer.

00:09:33: Oder besser gesagt, es war schwer bis die japanische Weltraumagentur Chuxa im Jahr zwölfundzwanzig die X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission gestartet hat und ein Weltraumteleskop mit dem unaussprechbaren Namen XRISM ins All geschickt hat.

00:09:52: Damit kann man nicht nur die Emissionslinien in Röntgenlicht extrem genau beobachten sondern auch sehr genau bestimmen wo die Quelle dieses Lichts ist und wie schnell sich die Quellen bewegt.

00:10:03: Zwischen, zwei tausend vierundzwanzig und zweitausend zwanzig hat man Gammakas mit X-Risen beobachtet und das Ergebnis lautet der Ort von dem die Röntgenstrahlung kommt bewegt sich und er bewegt auf einer umlaufbaren Umgammakass herum.

00:10:21: wir haben jetzt also folgendes Bild Da ist Gamma-Kass, der Stern umgeben von einer Scheibe aus heißem Gas das die Emissionslinien erzeugt, die Angela Secchi als Erster gesehen hat.

00:10:33: Stern und Scheibe werden von einem weißen Zwergstern umkreist dessen Gravitationskraft Material aus der Scheibe anzieht und der deswegen selbst von einer kleinen Scheibe aufs Gas umgeben ist dass im Laufe der Zeit auf den weißen zwerg fällt.

00:10:51: Dabei strahlt es Röntgenstrahlung ab und weil der weiße Zwerg sich bewegt, und mal mehr und mal weniger Material anzieht, sehen wir Veränderungen in der Intensität der Röentgenstahlung.

00:11:02: Im Laufe der Zeit hat man einige Sterne gefunden die ähnliche Röntenemissionen zeigen wie Gammakas – und die Beobachtungen von X-Wism legen nahe dass auch dort Begleiter die Ursache sein können…und das ist aus vielen Gründen spannend!

00:11:18: Weiße Zwerge sind ja das, was von einem Stern übrig bleibt wenn dort die Kernfusion zum Erliegen kommt.

00:11:24: Gamma-Cas muss also früher mal ein normales Doppelsternsystem gewesen sein und zwar ein enges System – denn nur wenn sie sich nahe sind kann es zu der Wechselwirkung zwischen Sternscheibe und weißem Zwerk kommen!

00:11:37: Solche engen Doppelschernsysteme sind aber genau das aus dem noch später irgendwann schwarze Löcher entstehen können, denn irgendwann sind beide Sterne am Ende ihres Lebens angekommen und die weißen Zwerge oder die Neutronensterne zu denen sie sich entwickeln, die um Kreisen einander im Laufe der Zeit immer enger.

00:11:57: Sie kommen einander immer näher weil sie bei der Bewegung Gravitationswellen abgeben und Energie verlieren – und irgendwann kommt es zur Kollision!

00:12:06: Beide ehemaligen Sterne verschmelzen und mit einem großen Ausbruch an Gravitationswellen entsteht aus ihnen ein schwarzes Loch.

00:12:15: Wir haben solche Ereignisse, mit den Gravitationswellendetektoren auf der Erde schon beobachtet – aber eben nur den letzten Schritt dieser Verschmelzung!

00:12:24: Systeme wie Gamma Cass die zeigen uns, wie es davor dort aussieht und was passiert bevor die Gravitationwellen entstehen, die wir dann irgendwann messen können….

00:12:35: Die Spitze des Himmelswee hat uns einige Rätsel aufgegeben, aber sie wird uns auch dabei helfen in Zukunft andere Rätel lösen zu können.