Proxima Centauri ist ein ganz besonderer Stern. Lange Zeit war er das auf jeden Fall aus Sicht von uns Menschen, da es sich um den Stern handelt, der unserer Sonne am nächsten liegt. Seit August 2016 weiß man aber auch, das es dort auch einen Planeten gibt. Wenn wir Sterne und extrasolare Planeten studieren wollen, ist Proxima Centauri also ein System, das sich hervorragend dafür eignet – wir werden auf jeden Fall keines finden, das uns noch näher ist. Es lohnt sich also, so viel wie möglich über Proxima zu erfahren, denn je mehr wir wissen, desto besser können wir die Informationen einordnen. Und eine der wichtigen Fragen zu Proxima Centauri konnte nun endlich beantwortet werden!

Der Himmel über der Europäischen Südsternwarte (oben) und der Stern Proxima Centauri (unten rechts). Unten links sind die beiden Sterne des Alpha-Centauri-Systems zu sehen, die nach Proxima unsere nächsten Nachbarn sind (Bild: Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani)

Der Himmel über der Europäischen Südsternwarte (oben) und der Stern Proxima Centauri (unten rechts). Unten links sind die beiden Sterne des Alpha-Centauri-Systems zu sehen, die nach Proxima unsere nächsten Nachbarn sind (Bild: Y. Beletsky (LCO)/ESO/ESA/NASA/M. Zamani)

Proxima Centauri ist nur ein ganz klein wenig näher an der Sonne als das Doppelsternsystem von Alpha Centauri. Deswegen, und auch weil sich sowohl Proxima als auch Alpha Centauri in die gleiche Richtung bewegen, vermutete man schon länger, dass es sich in Wahrheit um ein gemeinsames Dreifachsternsystem handelt. Aber eine Vermutung ist kein Wissen und die ähnlichen Entfernungen und Bewegungen könnten auch Zufall sein.

Astronomen aus Frankreich und Chile ist es nun aber gelangen, die Frage zu klären (“Proxima’s orbit around Alpha Centauri”. Eigentlich ist es ja nicht schwer: Man muss herausfinden, wie schnell sich Proxima Centauri und Alpha Centauri direkt auf uns zu bewegen. Das ist die sogenannte Radialgeschwindigkeit. Ist Proxima dabei wesentlich schneller als Alpha Centauri; übersteigt also die Radialgeschwindigkeit eine gewisse Grenzgeschwindigkeit, dann können beide Systeme nicht gravitativ aneinander gebunden sein. Nur wenn die Radialgeschwindigkeit von Proxima unter dem Grenzwert liegt ist klar, dass er Alpha Centauri nicht entkommen kann sondern sich um das Doppelsternsystem herum bewegt.

Nun ist Proxima aber zwar sehr nahe, aber sehr klein. Es handelt sich um einen roten Zwergstern und weil er so klein ist, leuchtet er auch sehr schwach. Das macht exakte Messungen der nötigen Eigenschaften schwierig. Um die Radialgeschwindigkeit zu messen, muss man das Lichtspektrum von Proxima beobachten. So wie sich die Frequenz einer Schallwelle verändert, je nachdem ob sich die Schallquelle auf uns zu oder von uns weg bewegt (den Effekt kennen alle von der Sirene eines vorbei fahrenden Einsatzfahrzeugs) ändert sich auch die Frequenz einer Lichtquelle die von einer bewegten Lichtquelle ausgesandt wird. Diesen Effekt können wir normalerweise recht gut messen; vorausgesetzt die Lichtquelle ist hell genug. Denn das Licht eines Sterns wird nicht nur durch seine Radialgeschwindigkeit verändert.

So könnte Proxima Centauri von der Oberfläche seines Planeten aus aussehen (Künstlerische Darstellung: ESO/M. Kornmesser)

So könnte Proxima Centauri von der Oberfläche seines Planeten aus aussehen (Künstlerische Darstellung: ESO/M. Kornmesser)

Das Licht ändert sich, je nachdem wie schnell sich der Stern auf uns zu (oder von uns weg) bewegt. Es bewegt sich aber nicht nur der Stern als ganzes: Auch Teile des Sterns bewegen sich auf uns bzw. von uns weg. An der Oberfläche eines Sterns steigt heißes Material aus seinem Inneren auf; kühlt dort ab und sinkt wieder nach unten. Ein Stern ist also mit jeder Menge sogenannter “Konvektionszellen” bedeckt; wie die blubbernden Blasen einer kochenden Flüssigkeit. Das Licht aus den Regionen in denen Material aufsteigt, sieht so aus wie Licht aus einer Quelle die sich auf uns zu bewegt. Sinkt das kühle Material wieder ab, entspricht das einer Lichtquelle, die sich von uns entfernt. Dieser Effekt verfälscht die Radialgeschwindigkeitsmessung und das muss man berücksichtigen. Das Licht wird zusätzlich noch durch die Gravitationskraft des Sterns verändert; diese gravitative Rotverschiebung folgt aus Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.

Man muss also die Eigenschaften – Größe, Masse, Temperatur, Schwerkraft an der Oberfläche, etc – der beteiligten Sterne sehr gut kennen um all diese störenden Effekte abschätzen zu können. Nur dann kann man die Radialgeschwindigkeit ausreichend genau messen. Bei Proxima Centauri war das lange Zeit nicht möglich. Bis jetzt!

Die Umlaufbahn von Proxima um Alpha Centauri. Der Pfeil zeigt die aktuelle Position und Bewegungsrichtung an; die blauen Punkte die zukünftige Position in Abständen von 40.000 Jahren (Bild: Kervella & Thévenin, 2016)

Die Umlaufbahn von Proxima um Alpha Centauri. Der Pfeil zeigt die aktuelle Position und Bewegungsrichtung an; die blauen Punkte die zukünftige Position in Abständen von 40.000 Jahren (Bild: Kervella & Thévenin, 2016)

Und jetzt wissen wir, das sich Alpha und Proxima Centauri mit einer Geschwindigkeit von 293 Metern pro Sekunde voneinander entfernen. Würde die Geschwindigkeit 545 Meter pro Sekunde überschreiten, dann könnte Proxima nicht an Alpha Centauri gebunden sein. Da die Geschwindigkeit aber deutlich darunter liegt, wird sich Proxima nicht ewig von Alpha entfernen, sondern einer Umlaufbahn um das Alpha-Centauri-System herum folgen. Einer Umlaufbahn, die ziemlich lang ist: Für eine Runde um das Doppelsternsystem von Alpha Centauri braucht Proxima knapp 600.000 Jahre. Wenn Proxima Alpha Centauri am nächsten kommt, dann ist der Abstand immer noch 5300 Mal größer als die Distanz zwischen Sonne und Erde! Und am fernsten Punkt seiner Bahn ist Proxima 12.900 Mal weiter von Alpha entfernt als die Erde von der Sonne.

Die Bindung zwischen Proxima und Alpha ist also nicht sehr eng. Aber es IST eine gravitative Bindung und die drei Sterne bilden ein gemeinsames System. Das ist gut zu wissen und es ist wichtig, das wir es wissen. Jetzt können wir die Entstehung des Dreifachsystems besser verstehen und damit auch die Entstehung des Planetensystems von Proxima Centauri. Und es gibt ein ungelöstes Problem weniger in der Astronomie!

Kommentare (17)

  1. #1 knorke
    17. November 2016

    Schick. Diese Doppelsternsache war doch früher auch mit der Frage behaftet, wie und ob es darin stabile Umlaufbahnen geben kann. Mit dem Wissen, dass Proxima auch dort dazugehört, geht denn da auch in irgeneiner Weise einher, dass man die Modelle dazu hinterfragen muss, oder ist der gravitative Effekt von Proxima vernachlässigbar in diesen Überlegungen?

  2. #2 Marc
    17. November 2016

    Spannend! Heißt das dann nicht auch, dass irgendwann nicht mehr Proxima, sondern Alpha Centauti der nächste Stern zur Sonne ist?

  3. #3 Florian Freistetter
    17. November 2016

    @knorke: Also dass es stabile Umlaufbahnen für Planeten in Doppel/Mehrfachsternsystemen geben kann, weiß man spätestens seit den 1980er Jahren. Es wird zwar immer wieder behauptet, das wäre schwierig bzw. unmöglich (zB von Harald Lesch hab ich das mal gehört) – aber das stimmt halt einfach nicht. http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/02/04/planeten-und-doppelsterne/

    Bei Proxima ist das aber völlig egal. Alpha ist so weit weg; der spielt keine Rolle für die Stabilität von Planeten bei Proxima.

  4. #4 tomtoo
    17. November 2016

    Die Messgenauigkeit ist der Hammer.
    Gäbe es Luft dazwischen könnte man rufen “bleib hier!”

  5. #5 Alderamin
    17. November 2016

    Dass die Schwierigkeit der Bestimmung der Bewegung von Proxima ausgerechnet in der Radialkomponente lag, wundert mich ein wenig, immerhin misst HARPS die durch umlaufende Planeten verursachte Bewegung eines Sterns auf weniger als einen Meter pro Sekunde genau (gut, das ist nur eine relative Verschiebung des Dopplers, hier geht es um eine absolute, aber die ist 2,5 Größenordnungen höher).

    Ich hätte eher vermutet, dass die Eigenbewegung des Sterns auf der Himmelskugel schwierig zu messen ist, da er sich erst nach vielen Jahren ein messbares Stück am Himmel bewegt hat. Da wäre GAIA (evtl. in Verbindung mit den HIPPARCOS-Daten) hilfreich.

  6. #6 Till
    17. November 2016

    @Alderamin

    Da wäre GAIA (evtl. in Verbindung mit den HIPPARCOS-Daten) hilfreich.

    Mein erster Gedanke, als ich die Überschrift des Artikels gelesen hatte war ganz ähnlich: Da hat bestimmt jemand die ersten Daten von Gaia ausgewertet…

  7. #7 AmbiValent
    17. November 2016

    @Marc
    Proxima umkreist Alpha AB in etwa 600.000 Jahren, aber das gesamte System erreicht in etwa 28.000 Jahren den Punkt, wo es mit knapp unter 3 Lichtjahren am nächsten an der Sonne ist.

    Laut der Wikipedia-Grafik zu den nächsten Sternen erreicht Proxima zuerst den sonnennächsten Punkt und bewegt sich dann weiter auf seiner Bahn und entfernt sich dadurch wieder; etwa zu der Zeit werden Alpha AB sonnennächster Sterne (abwechselnd).

    Das passiert weniger wegen den Bewegungen im Alpha-Proxima-System und eher deshalb, weil die Sonne das System von verschiedenen Blickpunkten aus sieht.

  8. #8 Quisum
    18. November 2016

    Hallo an alle,
    Ich habe das Paper (ist im Artikel verlinkt) quergelesen. Es geht tatsächlich im Wesentlichen um die Messung der Radiakgeschwindigkeit. Gaia-Daten wurden noch nicht ausgewertet.

    So wie ich das verstehe, war das Problem aus der Radialgeschwindigkeit die Effekte der Konvektion an der Oberfläche und der gravitativen Rotverschiebung rauszufiltern.

    Viele Grüße

  9. #9 Till
    18. November 2016

    @Alderamin

    gut, das ist nur eine relative Verschiebung des Dopplers, hier geht es um eine absolute, aber die ist 2,5 Größenordnungen höher

    Bei der Relativen Geschwindigkeit verschwinden genau die problematischen Effekte der Konvektion und der gravitativen Rotverschiebung. Ich vermute, dass das genau der Grund ist, warum man zwar die relative Änderung der Radialgeschwindigkeit mit Genauigkeiten von 1m/s messen kann, aber die absolute Geschwindigkeit eben nur mit einigen km/s Genauigkeit.

  10. #10 Johannes Wulfert
    47799 Krefeld
    18. November 2016

    Hallo Florian, aus dem Zusammenstoß von einem Kometen und der Pyroerde habe ich ein Szenario entworfen. Physik und die Fraktale nach Mandelbrot geben Antworten auf die Frage, warum es auf dem Mond kein Wasser gibt, und wie er entstanden ist. Gerne würde ich meine Theorie mal “nachrechnen lassen.“
    Wenn sie standfest ist, kann man ein Theaterstück oder eine Unternehmensberatung entwickeln. Grüsse Johannes
    Schwertstr 113
    47799 Krefeld

  11. #11 Florian Freistetter
    18. November 2016

    @Johannes: “Wenn sie standfest ist, kann man ein Theaterstück oder eine Unternehmensberatung entwickeln”

    ?? Das ist beides nicht das, was das übliche Resultat einer erfolgreichen wissenschaftlichen Theorie ist…

  12. #12 Kurti
    Hinterm Mond
    18. November 2016

    Ach Herr Freistetter,

    Sie erkennen einen Scherzkeks doch sonst immer recht verlässlich!

  13. #13 Florian Freistetter
    18. November 2016

    @Kurti: Trotzdem kann nachfragen, oder? Es schadet nichts, wenn man nicht gleich aufspringt und hysterisch “Spinner!!” schreit…

  14. #14 sasiflo
    19. November 2016

    Moin Florian,

    Ist eigentlich die Sonne auch Teil eines solchen Rotationssystems oder bewegen wir uns sozusagen “geradlinig” um das Milchstraßenzentrum?

    Oder müsste die Bahn der Sonne nicht zumindest ziemlich wellig sein durch die vielen sich ständig ändernden Gravitationskräfte um uns herum?

    Gruß aus dem Norden

  15. #15 Florian Freistetter
    19. November 2016

    @sasiflo: Ich hab das hier früher schon mal näher erklärt: http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/10/01/die-sonne-die-milchstrasse-und-2012/

  16. #16 sasiflo
    19. November 2016

    @florian: Danke für den Hinweis!

    Man kann diesen Weltuntergangspropheten ja fast dankbar sein, dass deren Unfug dazu führt, dass jemand wie Du, sich dadurch veranlasst sieht, die Dinge so gut und verständlich aufzuschreiben und der Dummheit etwas entgegenzusetzen.

    Andererseits erschreckend, dass ich meine “einfache” Frage plötzlich in einem solchen Kontext wiederfinden muss 🙂

  17. #17 Max
    25. Februar 2017

    Wer lesen kann ist klar im Vorteil^^ , stimmt! Offensichtlich ist All dies, wozu ich als interessierte Laie, in den letzten Wochen (inklusive externen Recherchen) analytisch gekommen bin, im Blog bereits angesprochen worden.^^
    Ich hätte mir nur die Zeit nehmen sollen, es zu lesen:-)
    Aber mal ehrlich, selbst herausfinden macht mehr Spaß, wie Kreuzworträtsel, Krimi, oder Ostereier suche;-) und fördert noch selbständiges denken.
    Eine kurzlebige Chat-funktion wäre hierzu sinnvoller, um nicht alles für die Ewigkeit zu speichern.
    Geduldig verfolgen, ist nicht jedermann Sache^^