Eine kleine Anomalie in den Messungen des Satelliten Gaia kann helfen, unsichtbare Objekte um Sterne zu wiegen. Astronomen haben gezeigt, dass dieses „astrometrische Rauschen“ Informationen über die Umlaufbahn eines verborgenen Begleiters enthält.
Gaia misst die Position der Sterne sehr genau: Wenn ein Stern einen Begleiter hat, kreisen die beiden Objekte um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Von der Erde aus scheint der sichtbare Stern dann eine leichte Hin- und Herbewegung am Himmel auszuführen.
Das Weltraumobservatorium Gaia.
Bild Wikimedia
Diese Verschiebung ist manchmal zu schwach oder zu unvollständig, als dass Gaia die gesamte Umlaufbahn rekonstruieren könnte. Der Katalog Gaia DR3 meldet dann einen „Überschuss an astrometrischem Rauschen“. Dieser Wert zeigt an, dass die beobachteten Positionen stärker von der Bahn eines isolierten Sterns abweichen als erwartet.
Die Forscher wollten wissen, ob diese Abweichung die Neigung der Umlaufbahn offenbaren kann. Dieser Winkel gibt an, wie das System relativ zu unserer Sichtlinie ausgerichtet ist. Er ist wichtig, um die Masse des Begleiters zu berechnen, denn dieselbe Geschwindigkeitsänderung kann je nach Ausrichtung sehr unterschiedlichen Massen entsprechen.
Für jedes System simulierte das Team viele mögliche Umlaufbahnen. Sie variierte deren Neigung und berechnete dann den Grad des astrometrischen Rauschens, den Gaia in jedem Fall hätte messen müssen. Anschließend verglichen die Forscher diese simulierten Werte mit dem tatsächlich in Gaia DR3 aufgezeichneten Rauschen.
Die Methode wurde zunächst an 221 Doppelsternsystemen getestet, deren Umlaufbahn aus anderen Analysen bereits bekannt war. Bei 83,7 % von ihnen enthielt der mit dem neuen Verfahren berechnete Neigungsbereich den von Gaia veröffentlichten Wert. Der Test bestätigt also, dass die Methode in der Regel eine bereits bekannte Ausrichtung wiederfindet.
Die Ergebnisse sind besser, wenn die Bewegung des Sterns deutlicher sichtbar ist. Für die Systeme mit dem klarsten astrometrischen Signal lag die richtige Neigung in etwa 92,1 % der Fälle innerhalb des berechneten Bereichs.
Anschließend wandten die Astronomen die Methode auf Gaia BH1, Gaia BH2 und LB-1 an, drei Systeme, die im Verdacht stehen, einen dunklen Begleiter zu beherbergen. Sie grenzte die möglichen Werte für Neigung und Masse ein. Sie allein beweist jedoch nicht, dass das unsichtbare Objekt ein Schwarzes Loch ist.
Ein unsichtbarer Begleiter kann auch ein sehr lichtschwacher Stern, ein Weißer Zwerg oder ein anderer stellarer Überrest sein. Gaia DR4 soll weitere einzelne Positionen zu verschiedenen Zeitpunkten liefern. Diese Daten werden es ermöglichen, die Umlaufbewegungen direkter zu rekonstruieren und die Massenschätzungen weiter zu verbessern.