Sirius, Bayer-Bezeichnung α Canis Majoris (Alpha Canis Majoris, α CMa), auch Hundsstern, früher auch Aschere oder Canicula genannt, ist ein Doppelsternsystem des Sternbildes „Großer Hund“. Er ist der hellste Stern am Nachthimmel, beinahe doppelt so hell wie der zweithellste Stern Canopus. Von allen Himmelsobjekten erscheinen nur Sonne, Mond sowie die Planeten Venus, Jupiter, Mars und Merkur heller.Da die scheinbare Helligkeit Schwankungen unterworfen ist, erscheint Sirius zu manchen Zeiten heller als die genannten Planeten. Vgl. auch die Daten aus den NASA Factsheets: Mond (bis −12,74 mag), Venus (bis −4,6 mag), (bis −2,94 mag), Mars (bis −2,91 mag) und Merkur (bis −1,9 mag). Im Wintersechseck markiert Sirius die südlichste Ecke.
Seine hellere Komponente besitzt eine scheinbare Helligkeit von −1,46 mag.Das entspricht einer absoluten Helligkeit von 1,43 mag, siehe auch Infobox. Die Helligkeit seines Begleiters, des Weißen Zwerges Sirius B, beträgt hingegen nur 8,5 mag.
Mit 8,7 Lichtjahren Entfernung ist Sirius eines der nächsten Gestirne. Das geschätzte Alter beträgt zwischen 225 und 250 Millionen Jahre.
Physikalische Eigenschaften Sirius A mini|links|Größenvergleich zwischen Sirius (links) und der Sonne
Sirius A ist ein Hauptreihenstern vom Spektraltyp A1 mit der Leuchtkraftklasse V und dem Zusatz m für „metallreich“. Seine Masse ist etwa 2,1-mal so groß wie die der Sonne. Interferometrische Messungen zeigen, dass sein Durchmesser das 1,7fache des Sonnendurchmessers beträgt. Sirius’ Leuchtkraft ist 25-mal so groß wie die der Sonne. Die Oberflächentemperatur beträgt knapp 10.000 K (Sonne: 5.778 K).
Die durch die Rotation des Sterns verursachte Dopplerverbreiterung der Spektrallinien erlaubt es, eine Untergrenze für die Rotationsgeschwindigkeit am Äquator zu bestimmen. Sie liegt bei 16 km/s, woraus eine Rotationsdauer von etwa 5,5 Tagen oder weniger folgt. Diese niedrige Geschwindigkeit lässt keine messbare Abplattung der Pole erwarten.
Das Lichtspektrum von Sirius A zeigt ausgeprägte metallische Linien. Dies deutet auf eine Anreicherung von schwereren Elementen als Helium hin, wie etwa das spektroskopisch besonders leicht beobachtbare Eisen. Das Verhältnis von Eisen zu Wasserstoff ist in der Atmosphäre etwa dreimal so groß wie in der Atmosphäre der Sonne (entsprechend einer Metallizität von [Fe/H] = 0,5). Es wird vermutet, dass der in der Sternatmosphäre beobachtete hohe Anteil von schwereren Elementen nicht repräsentativ für das gesamte Sterninnere ist, sondern durch Anreicherung der schwereren Elemente auf der dünnen äußeren Konvektionszone des Sterns zustande kommt.
mini|Sirius (Bilder 3 und 4) im Größenvergleich zu anderen Himmelskörpern
Die Gas- und Staubwolke, aus der Sirius A gemeinsam mit Sirius B entstand, hatte laut gängigen Sternmodellen nach etwa 4,2 Millionen Jahren das Stadium erreicht, in dem die Energiegewinnung durch die langsam anlaufende Kernfusion die Energiefreisetzung infolge Kontraktion um die Hälfte übertraf. Nach zehn Millionen Jahren schließlich stammte die gesamte erzeugte Energie aus der Kernfusion. Sirius A ist seither ein gewöhnlicher, Wasserstoff verbrennender Hauptreihenstern. Er gewinnt bei einer Kerntemperatur von etwa 22 Millionen Kelvin seine Energie hauptsächlich über den Bethe-Weizsäcker-Zyklus. Wegen der starken Temperaturabhängigkeit dieses Fusionsmechanismus wird die erzeugte Energie im Kern größtenteils durch Konvektion transportiert. Außerhalb des Kerns geschieht der Energietransport durch Strahlung, lediglich knapp unterhalb der Sternoberfläche setzt wieder konvektiver Transport ein (siehe auch Sternaufbau).
Sirius A wird seinen Vorrat an Wasserstoff innerhalb der nächsten knappen Jahrmilliarde verbrauchen, danach den Zustand eines Roten Riesen erreichen und schließlich als Weißer Zwerg von etwa 0,6 Sonnenmassen enden.J. B. Holberg: Sirius – Brightest Diamond in the Night Sky. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-0-387-48941-4, S. 218. (englisch)
Sirius B Sirius B, der lichtschwache Begleiter von Sirius A, ist der unserem Sonnensystem nächstgelegene Weiße Zwerg. Er ist nur etwa so groß wie die Erde und wegen seiner Nähe einer der bestuntersuchten Weißen Zwerge überhaupt. Er spielte bei der Entdeckung und Beschreibung Weißer Zwerge eine wichtige Rolle. Die Beobachtung wird dadurch erschwert, dass er durch die große Helligkeit von Sirius A überstrahlt wird. Sirius B hat 98 % der Masse der Sonne, aber nur 2,7 % ihrer Leuchtkraft.
Eigenschaften mini|Sirius B ist etwas kleiner als die Erde, aber über 300.000-mal so schwer
Im Unterschied zur wesentlich helleren Komponente Sirius A hat der Begleitstern Sirius B nur eine scheinbare Helligkeit von 8,5 mag. Er besitzt knapp eine Sonnenmasse und ist damit einer der massereichsten bekannten Weißen Zwerge (die meisten Weißen Zwerge konzentrieren sich in einem engen Bereich um 0,58 Sonnenmassen, nur geschätzte 2 % oder weniger überschreiten eine Sonnenmasse). Mit einer Oberflächentemperatur von rund 25.000 K ist Sirius B viel heißer als die Sonne oder Sirius A. Trotz dieser hohen Temperatur beträgt seine Helligkeit nur ein Zehntausendstel derjenigen von Sirius A. Die Kombination der beobachteten Temperatur und Helligkeit mit Modellrechnungen ergibt einen Durchmesser von Sonnendurchmessern (ca. 12.020 km). Sirius B ist also sogar etwas kleiner als die Erde (mittlerer Durchmesser 12.742 km).
Die Schwerkraft auf der Oberfläche von Sirius B ist knapp 400.000-mal so hoch wie auf der Erde (log g = 8,556An der Erdoberfläche beträgt die Schwerebeschleunigung g etwa 981 cm/s2 (cgs-Einheiten!). Die Schwerebeschleunigung an der Oberfläche von Sirius B ist knapp 400.000-mal höher und beträgt etwa g = 360 Millionen cm/s2 d. h. log(g) = 8,556 (eine Zahlenwertgleichung, da g eine Einheit trägt. Per Konvention ist g in cm/s2 einzusetzen).), seine mittlere Dichte beträgt 2,38 Tonnen/cm3, die Dichte in seinem Zentrum 32,36 Tonnen/cm3. Sirius B besteht aus einer vollständig ionisierten Mischung aus Kohlenstoff und Sauerstoff, umgeben von einer dünnen Atmosphäre ionisierten Wasserstoffs. Wegen der starken Oberflächenschwerkraft sind fast alle schwereren Verunreinigungen der Atmosphäre in den Kern abgesunken, so dass das Spektrum von Sirius B praktisch ausschließlich Wasserstofflinien aufweist. Da die heiße Wasserstoffatmosphäre für Röntgenstrahlung durchsichtig ist, können Röntgenemissionen beobachtet werden, die aus tieferen, heißeren Schichten stammen. Sirius B besitzt praktisch kein Magnetfeld.Hauptquelle des Absatzes: J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, Kapitel 12, Anhang B. . Entwicklung mini|Künstlerische Darstellung des heutigen Sirius-Systems (Quelle: NASA)
Nach den aktuellen Szenarien zur Sternentwicklung entstanden Sirius A und B vor etwa 240 Millionen Jahren gemeinsam als Doppelsternsystem. Sirius B war ursprünglich mit fünf Sonnenmassen und der 630-fachen Leuchtkraft der Sonne erheblich schwerer und leuchtkräftiger als Sirius A mit nur zwei Sonnenmassen. Wegen seiner großen Masse und der damit einhergehenden hohen Fusionsrate hatte Sirius B nach etwa 100 Millionen Jahren den Großteil des Wasserstoffs in seinem Kern zu Helium verbrannt (Wasserstoffbrennen). Die Fusionszone verlagerte sich in eine Schale um den ausgebrannten Kern und Sirius B blähte sich zu einem Roten Riesen auf. Schließlich versiegte auch diese Energiequelle, so dass Sirius B begann, das erzeugte Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff zu fusionieren (Heliumbrennen). Er verlor seine nur noch schwach gebundenen äußeren Schichten wegen des starken einsetzenden Sternwindes und büßte so etwa vier Fünftel seiner ursprünglichen Masse ein. Übrig blieb der hauptsächlich aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehende ausgebrannte Kern, in dem praktisch keine Energieerzeugung mehr stattfand. Mit dem Erlöschen der Kernfusion fehlte nun der Strahlungsdruck, der der Gravitation entgegengewirkt hatte, und der Stern fiel zu einem Weißen Zwerg zusammen. Stabilisiert wird er nun durch einen quantenmechanischen Effekt, den Entartungsdruck der Elektronen. Sirius B befindet sich nun seit etwa 124 Millionen Jahren in diesem Stadium und kühlt langsam aus.Hauptquelle des Abschnitts: J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, S. 214–216.
Entdeckung Friedrich Bessel bemerkte 1844 bei der Auswertung langjähriger Beobachtungsreihen eine Unregelmäßigkeit in der Eigenbewegung des Sirius, welche er als den Einfluss eines Doppelsternpartners mit einer Umlaufdauer von etwa einem halben Jahrhundert deutete. Zwar war vier Jahrzehnte zuvor von William Herschel die Existenz von physisch zusammengehörigen Doppelsternen gezeigt worden,J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, S. 44. aber alle bisher bekannten hatten zwei oder mehr sichtbare Komponenten. Dass der vermutete Begleiter von Sirius bisher von niemandem gesehen worden war, schreckte Bessel nicht ab: „Dass zahllose Sterne sichtbar sind, beweiset offenbar nichts gegen das Dasein zahlloser unsichtbarer“.F. W. Bessel: Über Veränderlichkeit der eigenen Bewegungen der Fixsterne. In: Astronomische Nachrichten. Nr. 514, S. 145–160 (); Nr. 515, S. 169–184; Nr. 516, S. 185–190 (), Altona 1844.
Christian Peters konnte 1851 in seiner Habilitationsschrift die Umlaufperiode des Begleiters zu 50,093 Jahren und seine Masse zu mehr als sechs Jupitermassen bestimmen, eine starke Exzentrizität der Umlaufbahn feststellen und eine Ephemeride seiner erwarteten Positionen geben.C. A. F. Peters: Ueber die eigene Bewegung des Sirius. In: Astronomische Nachrichten. Nr. 745, S. 1–16; Nr. 746, S. 17–32; Nr. 747, S. 33–48; Nr. 748, S. 49–58, Altona 1851 (). Siehe auch J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, S. 57 f.
Trotz dieser Hilfestellung gelang niemandem die Beobachtung, bis am 31. Januar 1862 Alvan Graham Clark, ein Sohn des Bostoner Instrumentenbauers Alvan Clark, eine gerade fertiggestellte Objektivlinse an Sirius prüfte und feststellte: „Vater, Sirius hat einen Begleiter.“G. P. Bond: On the Companion of Sirius. In: Astronomische Nachrichten. Nr. 1353, S. 131–134, Altona 1862 (). Siehe auch J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, S. 67: „Father“, he said, „Sirius has a companion.“. Peters bestritt zunächst die Identität des von Clark entdeckten Sterns mit dem von ihm berechneten Begleiter des Sirius. Da Sirius B sich auf seiner Umlaufbahn damals zunehmend von Sirius A entfernte, konnte er nunmehr auch von zahlreichen anderen Beobachtern ausfindig gemacht und vermessen werden.J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, S. 69 ff.
Weißer Zwerg Nach mehrjährigen Positionsmessungen, aus denen sich auch die Abstände der beiden Sterne vom gemeinsamen Schwerpunkt und damit ihr Massenverhältnis ergaben, stellte Otto von Struve 1866 fest, dass der Begleiter etwa halb so schwer war wie Sirius selbst. Bei gleichem Aufbau wie Sirius hätte der Begleiter damit immerhin 80 % von dessen Durchmesser und deshalb eine nur wenig geringere Helligkeit haben müssen. Weil der Begleiter aber nur die achte Größenklasse erreichte, also 10.000-mal leuchtschwächer als Sirius war, schloss Struve, „dass die beiden Körper von sehr unterschiedlicher physischer Beschaffenheit sind“.O. Struve: On the Satellite of Sirius. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 26, 1866, S. 268: „…we must admit that both bodies are of a very different physical constitution.“ (). Siehe auch J. B. Holberg et al.: Sirius B: A New, More Accurate View. 1998, S. 81 ff.
mini|Vereinfachte Darstellung eines Hertzsprung-Russell-Diagramms