Cepheiden

(sprich) [tse-fe-i-dn] sind Sterne zwischen 3 und 10 Sonnenmassen, welche sehr präzise sich wiederholende, periodische Helligkeitsschwankungen zwischen 1 und 50 Tagen zeigen.

Ursache für die Helligkeitsschwankung ist der Kappa-Mechanismus. Dabei steht Kappa für die Opazität bzw. Strahlungsundurchlässigkeit der Sternatmosphäre. In einer oberflächennahen Schicht des Sterns sind die Heliumatome nur einfach ionisiert. D.h. das Helium-Atom hat nur eines seiner beiden Elektronen verloren, das 2. Elektron ist weiterhin an das Atom gebunden. Um das Helium vollständig zu Ionisieren, ihm also auch das 2. Elektron zu entreißen, reicht die erforderliche Temperatur dieser Sternschicht nicht ganz aus.

Wenn nun der Stern aufgrund sinkender Temperatur schrumpft, steigt der Druck und damit auch die Temperatur in dieser Heliumschicht. Als Folge wird dem Helium auch das 2. Elektron entrissen. Diese zusätzlich frei umherschwirrenden Elektronen wirken als Streuzentren für die Photonen, also dem Licht, welches den Stern verlassen möchte. Dieses Licht kann den Stern nun nicht mehr verlassen – die Opazität steigt. In dieser Kontraktionsphase, in der der Stern schrumpft, nimmt die Leuchtkraft des Sterns ebenfalls ab. Als Folge dieser reduzierten Energieabstrahlung steigen Temperatur und Druck im Stern. Wie bei heißen Gasen in einem Heißluftballon beginnt sich nun der Stern aufzublähen. Diese Expansion hat aber wiederum zur Folge, dass sich die Heliumschicht wieder abkühlt und das Helium die zuvor abgespaltenen Elektronen wieder einfängt. Die Opazität sinkt wieder – Licht kann den Stern wieder ungehindert verlassen. Bei diesem Einfangprozess, der sogenannten Rekombination, wird Licht erzeugt und zusammen mit dem aus dem sterninneren stammenden Licht abgestrahlt. Während dieser Phase erreicht der Stern sein Helligkeitsmaximum. Die ungehinderte Energieabstrahlung führt nun wiederum zu einer Abkühlung des Sternes, welcher daraufhin wieder schrumpft – der Prozess beginnt von vorne.

Und jetzt das Beste! Es hat sich gezeigt, dass die Helligkeit eines Sterns eindeutig mit der Periode seiner Helligkeitsschwankungen verbunden ist. Je heller ein Stern, desto länger dauert es, bis er einen Helligkeitszyklus durchlaufen hat. Diesen Zusammenhang nennt man die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung.

Das bedeutet, dass man aus der Messung der Länge einer Periode die absolute Helligkeit des Sterns bestimmen kann. Misst man nun die Helligkeit, mit der wir den Stern hier auf der Erde sehen – die Scheinbare Helligkeit, kann man aus dem Unterschied zwischen Absoluter und Scheinbarer Helligkeit die Entfernung bestimmen. Cepheiden dienen damit als sogenannte Standardkerzen zur Entfernungsmessung im All.