Veränderliche Sterne

Veränderliche Sterne sind Himmelskörper, deren scheinbare Helligkeit, wie von der Erde aus beobachtet, sich mit der Zeit verändert. Diese Schwankungen können in nahezu allen Frequenzbereichen des elektromagnetischen Spektrums auftreten, von Radiowellen bis hin zu Röntgen- und Gammastrahlung. Die Ursachen für diese Helligkeitsschwankungen sind vielfältig und reichen von abrupten, explosionsartigen Ereignissen über rhythmische Pulsationen bis hin zu einfachen geometrischen Effekten. Die Zeiträume der Helligkeitsänderungen können dabei von wenigen Sekunden bis zu Tausenden von Jahren reichen.

Astronomen unterscheiden grundsätzlich zwei Hauptkategorien, um die Ursache der Variabilität zu klassifizieren:

Intrinsische Veränderliche Sterne: Bei diesen Sternen ändert sich die Helligkeit, weil sich ihre tatsächliche Leuchtkraft ändert. Man kann sich dies wie eine Glühbirne vorstellen, die selbst flackert oder ihre Helligkeit ändert. Solche internen Prozesse können physikalischer Natur sein, wie die periodische Ausdehnung und Kontraktion des Sterns oder die Eruptionen und Massenauswürfe auf seiner Oberfläche.

Extrinsische Veränderliche Sterne: In diesem Fall ändert sich die Helligkeit des Sterns nicht aus eigener Kraft, sondern aufgrund äußerer Einflüsse, die unsere Beobachtung stören. Das ist vergleichbar mit einer Glühbirne, deren Licht durch etwas anderes, wie zum Beispiel einen davor vorbeiziehenden Gegenstand, blockiert wird. Die häufigste Ursache ist die Verdeckung eines Sterns durch einen Begleiter in einem Doppelsternsystem.

Veränderliche Sterne sind entscheidende astronomische Werkzeuge. Sie dienen als kosmische Entfernungsanzeiger, die es Forschern ermöglichen, Entfernungen über immense kosmische Distanzen zu messen. Sie sind auch unverzichtbar für das Studium der Sternentwicklung, da ihre Helligkeitsschwankungen direkte Einblicke in die physikalischen Prozesse in den Sternen liefern, von der Kernfusion in ihrem Inneren bis zu den dynamischen Ereignissen auf ihrer Oberfläche.

 Intrinsische Veränderliche Sterne

Bei diesen Sternen ändert sich die Helligkeit durch Prozesse, die im Stern selbst ablaufen. Die meisten intrinsischen Veränderlichen lassen sich weiter in drei Hauptgruppen unterteilen.

1. Pulsierende Veränderliche

Diese Sterne ändern ihre Helligkeit, indem sie sich rhythmisch ausdehnen und zusammenziehen. Ihre Leuchtkraft ist direkt mit ihrem Pulsationszyklus verbunden.

• Cepheiden: Benannt nach dem Prototyp Delta Cephei, sind diese pulsierenden Riesensterne von großer astronomischer Bedeutung. Ihre Leuchtkraft ist direkt proportional zu ihrer Pulsationsperiode, eine Eigenschaft, die als Perioden-Leuchtkraft-Beziehung bekannt ist. Dies macht sie zu exzellenten "Standardkerzen", mit denen Astronomen die Entfernung zu weit entfernten Galaxien messen können. Cepheiden sind massereicher und leuchtkräftiger als die Sonne und haben Perioden von wenigen Tagen bis zu Monaten.
• Beispiel: Delta Cephei, Polaris (der Polarstern).

• RR Lyrae-Sterne: Sie sind den Cepheiden ähnlich, aber älter, weniger massereich und zeigen kürzere Perioden von weniger als einem Tag. Sie werden häufig in Kugelsternhaufen gefunden und dienen ebenfalls als zuverlässige Entfernungsindikatoren innerhalb der Milchstraße und ihrer unmittelbaren Umgebung.
• Beispiel: RR Lyrae.



• Mira-Sterne: Benannt nach dem Stern Mira im Sternbild Walfisch, sind diese veränderlichen Riesensterne durch ihre sehr langen Perioden von bis zu 1.000 Tagen und große Helligkeitsschwankungen (bis zu 10 Magnituden) gekennzeichnet. Sie sind am Ende ihrer Entwicklung angelangt und stoßen ihre äußeren Schichten ab, um einen planetarischen Nebel zu bilden.
• Beispiel: Mira (Omikron Ceti).

 2. Eruptive Veränderliche

Die Helligkeitsänderungen dieser Sterne sind plötzlich und unvorhersehbar, oft verursacht durch Ausbrüche oder das Abstoßen von Materie.

• Flare-Sterne: Diese Sterne sind meist schwache rote Zwerge, die plötzlich starke, kurze Helligkeitsausbrüche (Flares) zeigen, die durch massive magnetische Ereignisse in ihrer Atmosphäre ausgelöst werden. Die Flares können die Gesamthelligkeit des Sterns dramatisch erhöhen.
• Beispiel: UV Ceti, Proxima Centauri.
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• Symbiotische Sterne: Dies sind Doppelsternsysteme, die aus einem roten Riesen und einem heißen, kompakten Stern (oft ein weißer Zwerg) bestehen. Der rote Riese verliert Materie an den Begleiter, was zu unregelmäßigen Ausbrüchen führt, die das System heller erscheinen lassen. Die Interaktion zwischen den beiden Sternen ist eine Art "symbiotische" Beziehung.

Beispiel: Z Andromedae.

3. Kataklysmische Veränderliche

Diese Sterne zeigen Helligkeitsschwankungen durch gewalttätige, explosionsartige Ereignisse, die oft das System unwiderruflich verändern.

• Novae: Eine Nova ist ein plötzlicher, extremer Helligkeitsausbruch in einem Doppelsternsystem. Dabei zieht ein Weißer Zwerg Materie (meist Wasserstoff) von einem Begleitstern ab. Diese Materie sammelt sich auf seiner Oberfläche, bis die Temperatur und der Druck ausreichen, um eine thermonukleare Explosion auszulösen. Der weiße Zwerg überlebt die Explosion und der Prozess kann sich wiederholen.
• Beispiel: Nova Aquilae 1918.
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• Supernovae: Eine Supernova ist der Höhepunkt der kataklysmischen Ereignisse und die Zerstörung eines Sterns.

 Extrinsische Veränderliche Sterne

Bei diesen Sternen ist die Helligkeitsänderung nicht auf interne Prozesse, sondern auf die Geometrie des Systems oder die Rotation zurückzuführen.

1. Bedeckungsveränderliche

Dies sind Doppelsternsysteme, bei denen ein Stern aus unserer Perspektive periodisch vor seinem Begleiter vorbeizieht und ihn verdeckt.

• Algol-Sterne: Benannt nach dem Stern Algol im Sternbild Perseus, zeigen diese Systeme einen abrupten Helligkeitsabfall, wenn der dunklere der beiden Sterne den helleren bedeckt. Es gibt einen Hauptabfall (wenn der dunkle Stern den hellen verdeckt) und oft einen kleineren, sekundären Abfall (wenn der helle Stern den dunklen verdeckt). Die Form der Lichtkurve ist sehr charakteristisch.
• Beispiel: Algol (beta Persei).

2. Rotierende Veränderliche

Die Helligkeitsänderungen sind hier auf Effekte auf der Oberfläche des Sterns zurückzuführen, die durch die Rotation sichtbar werden.

• Sterne mit Sternflecken: Sterne können große, dunkle Flecken auf ihrer Oberfläche haben, die den Sonnenflecken ähneln, aber viel größer sind. Wenn der Stern rotiert, kann die Helligkeit schwanken, da die Flecken in und aus unserem Blickfeld rotieren.
• Beispiel: Sterne mit starker magnetischer Aktivität.

• Ellipsoide Veränderliche: Dies sind enge Doppelsterne, deren Komponenten so nahe beieinander sind, dass die Schwerkraft sie in eine ellipsoide Form verzerrt. Die Helligkeit ändert sich, wenn die Sterne rotieren, da die sichtbare Fläche variiert.
  

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