Baade-Wesselink-Technik

Die Baade-Wesselink-Technik oder Baade-Wesselink-Methode ist ein Verfahren in der Astronomie um bei monoperiodisch radial pulsierenden Sternen den Radius und damit indirekt die Entfernung aus spektroskopischen und photometrischen Daten zu bestimmen. Sie ist benannt nach den Astronomen Walter Baade und Adriaan Wesselink, welche die Methode in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts maßgeblich entwickelt haben. Die Baade-Wesselink-Technik ist eine Methode, um die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung für Cepheiden und RR-Lyrae-Sterne zu kalibrieren.

Voraussetzung

• Die Veränderlichkeit des Sterns muss streng periodisch für den Radius und die Helligkeit erfolgen
• Die Photosphäre muss im Vergleich zum Radius des Sterns klein sein. Dieses Kriterium schließt alle Arten von Roten Riesen wie z.B. Mira-Sterne von der Analyse durch die Baade-Wesselink-Methode aus.

Ansatz

Wenn in zwei Phasen des Pulsationslichtwechsels die gleiche Temperatur gemessen wird, so ist die unterschiedliche Helligkeit eine direkte Folge der Änderung des Radius. Genauer ist der photometrisch gemessene Helligkeitsunterschied proportional zu den Quadraten der Radien zu den beiden Zeitpunkten. Die Radien können als der mittlere Radius des veränderlichen Sterns plus die jeweilige Änderung des Radius abgeleitet aus den spektrographisch gemessenen Radialgeschwindigkeiten, beschrieben werden. Aus dieser Formel kann der mittlere Radius abgeleitet werden, wenn die Geschwindigkeitsgradienten in der Atmosphäre und die Randverdunkelung entsprechend berücksichtigt werden.

Die Near-Infrared-Surface-Brightness-Methode

Eine weitere Steigerung der Genauigkeit konnte durch die Near-Infrared-Surface-Brightness-Methode erreicht werden. Die Messung im Nahen Infraroten erlaubt eine Kalibrierung der Radien an der Oberflächenhelligkeit von nicht veränderlichen Riesensternen, die aufgrund interferometrischer Messungen naher Sterne mit hoher Genauigkeit bekannt sind. Der Fehler dieser Methode in der Entfernungsbestimmung individueller Cepheiden liegt unterhalb von 6 Prozent.

Expandierende Photosphäre-Methode

Eine Variante der Baade-Wesselink-Methode kann auf die expandierende Hülle von Supernovae angewendet werden. In der expandierenden Photosphäre-Methode wird angenommen, dass die in der Frühphase der Eruption die äußere Atmosphäre noch dicht genug ist um in erster Näherung einem schwarzen Körper zu entsprechen. Aus der Radialgeschwindigkeit kann die Expansionsgeschwindigkeit der Sternatmosphäre abgeleitet werden und aus der Änderung der Helligkeit und der Farben die Entfernung zu dem eruptiven Veränderlichen berechnet werden.

Literatur

• W. Strohmeier: Veränderliche Sterne. Treugesell-Verlag, Düsseldorf 1974. 
• Wolfgang Gieren et al.: Cepheid distances from the Baade–Wesselink method. In: Astrophysics. Solar and Stellar Astrophysics. 2012, arxiv:1210.7150. 
• Richard de Grijs: An Introduction to Distance Measurement in Astronomy. Wiley, Chicester 2011, ISBN 978-0-470-51180-0.