Interferometrie und die Sternwinde Roter Riesen

Sterne am Asymptotischen Riesenast (AGB) stellen das Spätstadium der Entwicklung von Sternen bis zu etwa achtfacher Sonnenmasse dar. Zur Klärung wichtiger offener Fragen für diese Sterngruppe wie Ursprung, Stärke und Geometrie des Sternwindes, die Entstehung von zirkumstellarem Staub oder die Entwicklung von Inhomogenitäten auf der Sternoberfläche ist die Interferometrie ein zentrales Werkzeug. Die Interferometrie im nahen und mittleren Infraroten hat einen hohen Grad von Vielseitigkeit, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit erreicht, insbesondere durch das ESO VLT Interferometer (VLTI). Dieser Fortschritt bietet auch neue Perspektiven im Bereich der AGB-Forschung. vor allem durch die Verbindung von Interferometrie mit Spektroskopie und durch Bildrekonstruktion. Zugleich wurden die Modellierung der Sternatmosphären wesentlich verbessert und es werden immer mehr Beobachtungsdaten mit solchen modernen Modellen verglichen. Aufbauend auf dem Fortschritt in der Interferometrie und den Ergebnissen laufender Beobachtungsprojekte und Modellentwicklungen zielt das vorgeschlagene Projekt vor allem auf eine Klärung der Massenverlustprozesse und auf ein tieferes Verständnis der dynamischen Vorgänge in den Atmosphären von AGB Sternen ab. Für Kohlenstoffsterne (d.h. AGB-Sterne mit einem Überschuss an Kohlenstoff) sollen solide beobachtungsbasierte Randbedingungen für dynamische Modelle geliefert werden, besonders für Sterne mit niedrigem bis mittlerem Massenverlust, die noch nicht gut von vorhandenen Modellen wiedergegeben werden können. Für M-Sterne (d.h. Überschuss an Sauerstoff), wo der Massenverlust nicht mit klassischem kleinen Silikatstaubkörnern erklärt werden kann, soll die Hypothese von großen, eisenfreien Silikat-Staubkörnern als Treiber des Sternwindes durch Beobachtungen überprüft werden und es soll der Ursprung von eigentümlichen Linienprofilen des CO bei mm- Wellenlängen durch optische Interferometrie untersucht werden. Als Beobachtungsmaterial werden Daten der MIDI und AMBER Instrumente des VLTI dienen, die teilweise bereits verfügbar sind. Die Daten werden mit sphärisch symmetrischen Modellen verglichen, sollen aber unabhängig davon auf etwaige Abweichungen von der sphärischen Symmetrie untersucht werden. Zusätzlich werden auch die Programme zur Berechnung von Beobachtungsgrößen aus den Modellen verbessert und Programme zur Bildrekonstruktion getestet. Komplementär zu einem laufenden Beobachtungsprojekt mit dem HERSCHEL Satelliten sollen die dort untersuchten Objekte mittels vorhandener und neuer interferometrischer Daten charakterisiert werden. Zur Vertiefung der Expertise im Bereich der interferometrischen Messungen und Datenauswertung und zur Sicherung des frühen Zugang zu Daten mit Instrumenten der nächsten Generation eine Beteiligung an MATISSE vorgesehen, einem in Bau befindlichen Instrument des VLTI für das mittlere Infrarot. Diese Beteiligung bezieht sich auf die Erstellung eines Kataloges von Kalibrationssternen, insbesondere für das L-Band bei 3.5Mikrometeren und für Sterne mit kleinen scheinbaren Durchmessern. Das Projekt wir in Zusammenarbeit mit KollegInnen in Bonn, Garching, Nizza, Padua, Uppsala und Wien durchgeführt.

Sterne am Asymptotischen Riesenast (AGB) stellen das Spätstadium der Entwicklung von Sternen bis zu etwa achtfacher Sonnenmasse dar. Zur Klärung wichtiger offener Fragen für diese Sterngruppe wie Ursprung, Stärke und Geometrie des Sternwindes, die Entstehung von zirkumstellarem Staub oder die Entwicklung von Inhomogenitäten auf der Sternoberfläche ist die Interferometrie ein zentrales Werkzeug. Die Interferometrie im nahen und mittleren Infraroten hat einen hohen Grad von Vielseitigkeit, Effizienz und Benutzerfreundlichkeit erreicht, insbesondere durch das ESO VLT Interferometer (VLTI). Dieser Fortschritt bietet auch neue Perspektiven im Bereich der AGB-Forschung. vor allem durch die Verbindung von Interferometrie mit Spektroskopie und durch Bildrekonstruktion. Zugleich wurde die Modellierung der Sternatmosphären wesentlich verbessert und es werden immer mehr Beobachtungsdaten mit solchen modernen Modellen verglichen. Aufbauend auf dem Fortschritt in der Interferometrie und den Ergebnissen laufender Beobachtungsprojekte und Modellentwicklungen zielte das Projekt vor allem auf ein tieferes Verständnis der Massenverlustprozesse und der dynamischen Vorgänge in den Atmosphären von AGB Sternen ab. Für Kohlenstoffsterne (d.h. AGB-Sterne mit einem Überschuss an Kohlenstoff) konnten solide beobachtungsbasierte Randbedingungen für dynamische Modelle geliefert werden. Es zeigte sich, dass zwar die Energieverteilungen gut von den Modellen wiedergegeben werden, die interferometrischen Messungen jedoch nur sehr eingeschränkt. Für M-Sterne (d.h. Überschuss an Sauerstoff), wo der Massenverlust nicht mit klassischem kleinen Silikatstaubkörnern erklärt werden kann, konnte die Hypothese von großen, eisenfreien Silikat-Staubkörnern als Treiber des Sternwindes durch Beobachtungen bestätigt werden. Weiters legen die VLTI Daten nahe, dass zirkumstellare Scheiben der Ursprung von eigentümlichen Linienprofilen des CO bei mm-Wellenlängen sind. Messungen mit verschiedenen interferometrischen Instrumenten ergaben eine sehr vielfältige Morphologie der äußeren Atmosphären, von sphärischer Symmetrie über Scheiben bis zu klumpigen Strukturen. Durch das Projekt wurde auch eine aktive Beteiligung an MATISSE ermöglicht, einem Instrument des VLTI für das mittlere Infrarot, das 2018 in Betrieb gehen wird. Diese Beteiligung bezieht sich auf die Untersuchung der Kalibrationssterne, insbesondere für das L-Band bei 3.5Mikrometer, und die Simulation und Planung von Beobachtungen für Kohlenstoffsterne. Zusätzlich wurden auch die Programme zur Berechnung von Beobachtungsgrößen aus den Modellen verbessert und Programme zur Bildrekonstruktion getestet. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit KollegInnen in Brüssel, Garching (ESO), Nizza, Padua, Uppsala und Wien durchgeführt.