Neue Erkenntnisse über Rote Riesen und ihre Begleiter

Rote Riesen sind Sterne, die sich nach dem Verbrennen von Wasserstoff in ihren Kernen ausgedehnt und abgekühlt haben. Diese Sterne sind viel grösser als unsere Sonne und erreichen oft Grössen, die Hunderte Male grösser sind. Obwohl sie niedrigere Oberflächentemperaturen haben, leuchten sie hell, manchmal tausendmal heller als die Sonne. Unsere Studie konzentriert sich auf eine Gruppe dieser Sterne, insbesondere M (super) Riesen in ihren späteren Evolutionsphasen, bekannt als Rote Riesen-Zweig (RGB) und asymptotischer Riesen-Zweig (AGB).

Neueste Studien haben gezeigt, dass einige dieser roten Riesen möglicherweise Planeten oder andere kleinere Begleiter haben, die sie umkreisen. Indem wir langfristige Veränderungen in den radialen Geschwindigkeiten (RV) dieser Sterne untersuchen, also der Geschwindigkeit, mit der sie sich auf uns zu oder von uns weg bewegen, können wir Beweise für diese Begleiter finden. Unser Ziel war es, diese kleinen Begleiter zu identifizieren und die Natur der beobachteten RV-Variationen bei neun ausgewählten M-Riesen zu verstehen.

#Beobachtungen und Datensammlung

Um die ausgewählten Sterne zu studieren, haben wir ein spezialisiertes Teleskop mit einem hochauflösenden Spektrogramm in Korea verwendet. Die Beobachtungen wurden über einen Zeitraum von 16 Jahren, von 2005 bis 2022, durchgeführt. Wir haben eine grosse Anzahl von Spektren aufgenommen, das sind detaillierte Aufzeichnungen des Lichts jedes Sterns, die es uns ermöglichen, winzige Veränderungen in ihren Geschwindigkeiten zu messen.

Unser Hauptaugenmerk lag auf den RV-Variationen, die auf die Anwesenheit von unterstellaren Begleitern wie Planeten hindeuten könnten. Wir haben speziell nach Variationen mit niedriger Amplitude und langen Perioden in den RV-Daten gesucht, da diese typischerweise mit solchen Begleitern in Verbindung stehen.

#Entdeckungen und Ergebnisse

Aus unseren Beobachtungen haben wir zwei Sterne identifiziert, HD 6860 und HD 112300, die sub-stellare Begleiter haben. Für HD 6860 haben wir festgestellt, dass sein Begleiter eine Umlaufzeit von etwa 664 Tagen hat und etwa 2,03 astronomische Einheiten (AE) von dem Stern entfernt ist. HD 112300 hat einen Begleiter mit einer kürzeren Umlaufzeit von ungefähr 467 Tagen, der etwa 1,33 AE entfernt ist.

Beide Sterne zeigten merkliche Veränderungen in ihrer RV, die ihren Begleitern zugeschrieben wurden. Wir bemerkten auch RV-Variationen in anderen Sternen, HD 18884, HD 39801 und HD 42995, die die Effekte von Begleitern nachahmen zu schienen. Allerdings schienen einige RV-Veränderungen in anderen Sternen eher mit internen stellaren Aktivitäten als mit Bewegungen von Begleitern zusammenzuhängen.

#Eigenschaften der Sterne

Die Sterne, die wir studierten, befinden sich in einer einzigartigen Evolutionsphase. Sie unterliegen über lange Zeiträume Veränderungen ihrer Helligkeit, die mit physikalischen Prozessen in den Sternen verknüpft sind. Rote Riesen zeigen oft Variationen in ihrer Helligkeit, bekannt als langperiodische Variablen (LPVs). Diese Veränderungen können durch mehrere Faktoren verursacht werden, einschliesslich thermischer Pulsationen und anderer Instabilitäten in den Sternen.

Viele der beobachteten Sterne haben eine Helligkeit, die deutlich grösser ist als die der Sonne. Zum Beispiel liegt die Oberflächentemperatur von M-Typ-Riesen bei etwa 3.000 bis 4.000 Kelvin, was im Vergleich zu anderen Sternen relativ kühl ist, ihnen aber dennoch ermöglicht, hell zu leuchten.

#Die Mechanismen hinter den RV-Änderungen

Änderungen der radialen Geschwindigkeit können auf verschiedenen Zeitskalen auftreten. Kurzfristige Variationen resultieren oft aus Oszillationen, die durch Turbulenzen innerhalb des Sterns verursacht werden. Diese Bewegungen können sich in sich verschiebenden Mustern des Lichts, das wir beobachten, äussern, was zu leichten Änderungen in der gemessenen RV führt.

Langfristige Änderungen, wie die, auf die wir uns konzentrierten, können von Begleitern stammen, die den Stern umkreisen, oder von intrinsischen stellaren Prozessen, wie Pulsationen oder Unebenheiten auf der Oberfläche des Sterns. Durch die Analyse dieser Variationen können wir die Dynamik in diesen massiven Sternen und ihrer Umgebung zusammenfügen.

#Analyse-Methoden

Wir haben eine spezialisierte statistische Methode namens generalisiertes Lomb-Scargle-Periodogramm (GLS) verwendet, um die gesammelten RV-Daten zu analysieren. Dieser Ansatz hilft dabei, die periodischen Muster innerhalb der Daten zu bestimmen, sodass wir potenzielle Umlaufsignaturen von Begleitern identifizieren können.

Um sicherzustellen, dass unsere Ergebnisse zuverlässig sind, haben wir numerische Simulationen durchgeführt, die als Markov-Ketten-Monte-Carlo (MCMC)-Analysen bekannt sind. Diese Methode hilft dabei, die Parameter möglicher Umlaufsysteme zu schätzen und ein klareres Bild der Gravitationsdynamik zu bieten.

#Einzelne Sternbeobachtungen

#HD 6860

HD 6860 wird als heller Stern im Sternbild Andromeda klassifiziert. Es ist ein variabler Stern, dessen Helligkeit sich im Laufe der Zeit leicht ändert. Unsere Messungen zeigten, dass HD 6860 einen Begleiter mit einer Mindestmasse von etwa 28,26 Erdmassen hat. Die orbitalen Merkmale, die wir identifiziert haben, deuten darauf hin, dass dieser Stern aktuell der grösste rote Riese ist, der einen solchen Begleiter hat.

#HD 112300

HD 112300, ein weiterer bedeutender Stern in unserer Studie, zeigte ähnliche Muster wie HD 6860. Die Mindestmasse seines Begleiters wurde auf etwa 15,83 Erdmassen geschätzt. Dieser Stern wies ebenfalls geringfügige Helligkeitsvariationen auf, was darauf hindeutet, dass er periodische Veränderungen ähnlich denen anderer roter Riesen haben könnte.

#HD 18884

Dieser Stern, der als langperiodische Variable klassifiziert wird, zeigte RV-Änderungen, die offenbar mit seinen eigenen atmosphärischen Aktivitäten zusammenhingen und nicht mit dem Einfluss eines Begleiters. Die Schwankungen, die wir beobachteten, waren wahrscheinlich auf Oberflächenphänomene zurückzuführen.

#HD 39801 und HD 42995

Beide Sterne zeigten signifikante RV-Variationen. Allerdings schienen diese Variationen eher aus internen Prozessen wie Pulsationen zu stammen, als dass sie die Anwesenheit von Begleitern anzeigten. Diese Beobachtung betont die Komplexität bei der Interpretation von RV-Daten und die Wichtigkeit, zwischen verschiedenen Ursachen der Variabilität zu unterscheiden.

#Fazit

Durch unsere langfristigen Beobachtungen von neun M-roten Riesen haben wir zwei Sterne mit bestätigten sub-stellaren Begleitern entdeckt. Die Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis der Planetenbildung und des Überlebens um massive Sterne bei.

Die hochauflösenden Daten, die wir gesammelt und analysiert haben, zeigen, dass viele RV-Variationen bei roten Riesen zwar mit planetarischen Begleitern verknüpft werden können, aber auch intrinsische stellare Mechanismen eine entscheidende Rolle spielen. Weitere Forschungen über diese faszinierenden Sterne können unser Wissen darüber vertiefen, wie Planetensysteme sich entwickeln, besonders in späteren Phasen der stellaren Entwicklung.

Während wir unsere Fähigkeiten zur Beobachtung und Analyse dieser riesigen kosmischen Phänomene weiterentwickeln, ermutigen die Ergebnisse unserer Studien zu einer fortlaufenden Erkundung der Komplexitäten von Stern- und Planeteninteraktionen.