Cepheiden

Cepheiden sind eine Klasse veränderlicher Sterne, die regelmäßig ihre Helligkeit ändern. Der Namensgeber ist Delta Cephei, der erste entdeckte Stern dieses Typs. Ihre besondere Bedeutung liegt in der 1912 von Henrietta Swan Leavitt entdeckten Perioden-Leuchtkraft-Beziehung: Je langsamer ein Cepheid pulsiert, desto heller leuchtet er absolut gesehen.

Dadurch lässt sich aus der beobachteten Pulsationsperiode die wahre Leuchtkraft ableiten und durch Vergleich mit der scheinbaren Helligkeit die Entfernung berechnen. Cepheiden gehören deshalb zu den wichtigsten Standardkerzen der Astronomie und sind entscheidend für die kosmische Entfernungsleiter.

Edwin Hubble nutzte Cepheiden in den 1920er Jahren, um die Entfernung zur Andromedagalaxie zu bestimmen und damit zu beweisen, dass es Galaxien jenseits der Milchstraße gibt. Auch das Hubble-Weltraumteleskop und sein Nachfolger James Webb nutzen Cepheiden zur Kalibrierung der Hubble-Konstante. In der Hard SF tauchen Cepheiden als natürliche Leuchtfeuer auf, an denen sich interstellare Navigation orientieren kann.

Die Physik hinter dem Pulsieren ist gut verstanden: Cepheiden durchlaufen Instabilitätsstreifen im Hertzsprung-Russell-Diagramm, wo Heliumschichten im Sterninneren abwechselnd Strahlung aufnehmen und abgeben. Diese Ventilwirkung treibt den Stern zu rhythmischer Ausdehnung und Kontraktion. Klassische Cepheiden sind typischerweise gelbe Überriesen mit Pulsationsperioden von einem bis zu etwa hundert Tagen und Leuchtkräften, die den Vergleich mit der Sonne um das Tausendfache oder mehr übersteigen.

Für die Kosmologie haben Cepheiden direkte Konsequenzen: Die aktuelle Spannung um die Hubble-Konstante, den Wert der Expansionsrate des Universums, dreht sich zum Teil um die Frage, ob Cepheiden in verschiedenen Umgebungen gleich zuverlässig kalibrieren. Messungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop haben gezeigt, dass die Abweichung bestehen bleibt, auch wenn man systematische Fehler der Cepheid-Messung ausschließt. Das Rätsel der kosmischen Expansion hängt also direkt an diesen pulsierenden Sternen.