ÜBER DAS PHOTOMETRISCHE VERHALTEN EINIGER RW AURIGAE-STERNE von C. HOFFMEISTER, Sonneberg Ein typischer RW Aurigae-Stern ist ein Veränderlicher mit raschem unperiodischem Lichtwechsel im Umfang von 1 bis 4 Grössenklassen. Die Lichtänderungen dauern entweder ohne langere Unterbrechungen an, oder sie werden durch langere Zeiten des Stillstands oder geringen langsamen Lichtwechsels abgelöst. Charakteristisch für die Klasse von Veränderlichen ist jedoch die grosse Variationsbreite ihres Verhaltens. Die typischen Falle sind relativ selten; daneben aber gibt es eine grosse Anzahl von Sternen, denen ein typischer Merkmal fehlt, das heisst also solche mit relativ langsamen Lichtwechsel oder aber solche mit kleiner Amplitude bei sonst typischem Verhalten. Dadurch entsteht eine Unsicherheit der Zuordnung, die noch verstärkt wird durch die ebenso variables spektroskopischen Befunde, einschliesslich jenen über die Leuchtkraftklassen, und die nicht weniger widersprechenden Beziehungen zur interstellaren Materie, insbesondere den Dunkelwolken. Auf these Verhältnisse soll hier nicht eingegangen werden. Eine kurze Zusammenstellung der statistischen Daten habe ich auf den Symposium Über "Non-stable Stars" bei der Versammlung der Internationalen Astronomischen Union in Dublin gegeben [1]. Neben den atypischen Fallen der oben bezeichneten Art gibt es rock die Algolähnliche Variante mit ranch ablaufenden, aperiodisch auftretenden Lichtschwachungen aus einem mehr oder minder gut eingehaltenen hellen "Normallichte" und die U Geminorum ähnliche Variante, gewissermassen eine Umkehrung der vorgenannten Untergruppe. Es sei dabei festgestellt, dass auch bei den typischen Sternen die "Ruhehelligkeit" im Maximum, im Minimum oder irgendwo dazwischen liegen kann, und dass im Einzelfall die Tendez besteht, bestimmte Lagen der Ruhehelligkeit immer wieder einzuhalten. Die im Vorstehenden dargelegten unklaren Verhältnisse spiegeln sich wieder in der Namensgebung. Folgende Bezeichnungen findet man in der Literatur: RW Aurigae-Sterne Orion-Veränderliche RR Tauri-Sterne Nova-ähnliche Veränderliche T Tauri-Sterne Hauptreihen-Veränderliche Nebelveränderliche Dabei decken sick die einzelnen so bezeichneten Gruppen nicht unbedingt. Der Name T Tauri-Sterne, von Joy eingeführt, bezeichnet z. B. nur eine engumrissene Untergruppe von bestimmten spektralen Eigenschaften: Spektrum G mit Emissionslinien. Photometrisch ist T Tauri ein atypischer Fall und ein Schulbeispiel dafür, wie schwierig und unsicher die Zuordnung sein kann. Nach Ludendorff erinnert er in seinem Verhalten an R Coronae Borealis, mit im allgemeinen langsamen Lichtänderungen. Auf meine Veranlassung hat mein Mitarbeiter Paul Ahnert den Stern auf Sonneberger Platten der Photographischen Himmelsüberwachung in der Zeit von 1930 bis 1955 untersucht. Der Lichtwechsel war immer langsam mit einer einzigen Ausnahme: im September 1934 zeigte der Stern rasche Lichtänderungen im Umfang von 0.6 Grössenklassen und verriet dadurch auch photometrisch seine Verwandtschaft zur RW Aurigae-Klasse. Die Frage jedoch, inwieweit Sterne, die photometrisch zum RW Aurigae-Typus gezahlt werden müssen, spektral aber stark abweichen, z. B. der photometrisch sehr ähnliche Stern T Orionis mit den Spektren A0, hinsichtlich der Ursachen des Lichtwechsels gleichartig sind mit jenen typischen RW Aurigae-Sternen mit T Tauri-Charakter, ist völlig offen. Ebenso zweifelhaft sind noch die Beziehungen der Veränderlichen in der Taurus-Dunkelwolke, meist K- und M-Sterne mit Emissionslinien, und der schwachen Veränderlichen im Grossen Orion-Nebel zur RW Aurigae-Klasse. Damit ist die Problematik in grossen Zügen aufgezeigt. Zugleich wird die grosse Bedeutung sichtbar, die beim gegenwärtigen Stande der Erkenntnis der Sammlung weiteren Erfahrungsmaterials zukommt. Das bezieht sich keineswegs nur auf die sehr lückenhafte Bestimmung der Spektren, sondern ebenso sehr auf die Statistik der Sterne und auf die Erforschung der photometrischen Eigenschaften im Einzelfalle. Man beachte, dass der Beobachter hier in einer viel weniger günstigen Lage ist als bei den weitaus meisten Veränderlichen anderer Art. Bei den periodischen Veränderlichen lassen sich die Zyklen aufeinander reduzieren, und die mittlere Lichtkurve kennzeichnet das Objekt hinreichend. Unperiodischer Lichtwechsel aber verläuft in der Regel langsam, und eine mehrtätige Unterbrechung der Beobachtungsreihe schadet nichts. Ein unperiodisch-raschwechselnder Stern dagegen müsste eine Reihe von Tagen hindurch ohne Unterbrechung beobachtet werden, wenn man seine Eigenschaften kennenlernen will; man kann seine Lichtkurve nicht, wie bei anderen Veränderlichen, aus Bruchstücken zusammensetzen. Ich hatte deshalb beschlossen, meinen Aufenthalt in Südwestafrika von Juli 1952 bis Juli 1953 u. a. dafür auszunutzen, möglichst vollständige Lichtkurven von einigen RW Aurigae-Sternen visuell zu beobachten, wofür das fast ideal gute Klima dieses Landes die besten Voraussetzungen bot. Zugleich aber sollte jeweils um die Neumondzeit eine Kette von Beobachtern rings um die Erde mitwirken, damit man die Lichtkurven auch für diejenigen Stunden zeichnen konnte, zu denen in Südafrika Tageslicht herrschte. Trotz einiger Ausfälle ist das Ziel erreieht worden. Besonders danke ich der Variable Star Section of the Royal New Zealand Astronomical Society. Folgende Beobachter waren beteiligt: F. M. Bateson Aviatu, Rarotonga, Cook Islands A. F. Jones Timaru, New Zealand D. A. Philpott Okuku, New Zealand S. C. Venter Pretoria, Union of South Africa. Als besonders günstig erwies sich der Umstand, dass das Wetter auf Neuseeland viel besser war als ich erwartet hatte; so ist es möglich gewesen, für eine Reihe von Neumondperioden praktisch lückenlose Lichtkurven mehrerer Sterne über jeweils 10 bis 20, Tage hinweg zu erhalten. Insgesamt standen 6010 Helligkeitswerte für 9 Sterne zur Verfügung, wobei jedoch die interkontinentale Zusammenarbeit auf 5 ausgesuchte Falle konzentriert war, die mit 4789 Beobachtungen beteiligt sind. Auf T Chamaeleontis, einer ausserordentlich charakteristischen, an allen Stationen zirkumpolaren RW Aurigae-Stern, entfallen 1822 Beobachtungen. Es folgt eine Übersicht der Ergebnisse. Eine ausführliche Darstellung ist inzwischen erschienen, auf die wegen aller Einzelheiten verwiesen werden muss (2). T Chamaeleontis. Fast lückenlose Lichtkurven liegen für 9 Neumondperioden 1952-53 von, mehr lückenhafte Darstellungen aus den folgenden Jahren, da die Beobachter auf Neuseeland den Stern weiterhin überwacht haben. Bei einer summarischen Betrachtung bemerkt man 3 Grundformen des Lichtwechsels: 1. Kurvenstücke, die den Eindruck völliger Regellosigkeit machen, oft mit grosser Amplitude. 2. Quasiperiodische Wellen von mehrtagiger Lange. 3. Stillstande und Abschnitte stark verminderten Lichtwechsels. Die Former 1 und 2 lösen einander jedoch nicht ab, sondern treten in Überlagerung auf, indem zeitweise die eine, zeitweise die andere amplitudenmassig überwiegt. Zu manchen Zeiten wird dieser Charakter auch bewahrt unter Verminderung der Gesamtamplitude. Das grösste Interesse beanspruchen die quasiperiodischen Wellen, nachdem sick gezeigt hat, dass sie jeweils langere Zeit hindurch erhalten bleiben und eine Darstellung der Maxima durch instantane Elemente zulassen. Nachstehende Formeln wurden abgeleitet, wobei die Anzahl der Maxima mitangegeben ist: I. M = 243 4251.3+3.4375d E 8 Maxima II. M = 243 4325.1+4.1800d E 6 " III. M = 243 4359.0+3.2323d E 26 " Während der letzten Neumondperiode scheint der Wert P = 4.8d angedeutet, ist aber zu schwach gestützt. In der späteren Zeit wird einmal P = 3.1d erkennbar. Vier Ruhezeiten von 8d bis 120d Dauer sind belegt, sie beanspruchen etwa 15% Beobachtungszeit. Der Stern scheint zwei Ruhehelligkeiten zu bevorzugen; die hellere mit 10.8m liegt wenig unter dem Maximallicht und kann praktisch als mit diesem identisch angesehen werden, die schwächere, 12.7m, liegt um 0.5m bis 1m über mittlerer Minimalhelligkeit. Die Gesamtamplitude ist 10.5m bis 13.8m, wobei das schwache Extrem nur sehr selten erreicht wird. RU Lupi. Der Stern war ausserordentlich unruhig. Die kurzen Stillstände scheinen die Helligkeit um 10.0m zu bevorzugen bei einer Amplitude von 9.6m bis 1O.7m visuell. Im übrigen verhielt sich dieser Veränderliche ähnlich wie T Chamaeleontis bei stark verminderter Amplitude. Auch hier wurden quasiperiodische Wellen vorgefunden und die beiden folgenden Systeme aufgestellt: I. M = 243 4261.5+3.5457d E 8 Maxima II. M = 243 4537.6+3.8375d E 7 " T Chamaeleontis Die periodischen Bestandteile bestimmen die Lichtkurve jedoch in viel geringerem Masse als bei T Chamaeleontis. RY Lupi. Der Stern verhält sich wesentlich anders als die beiden vor dem behandelten. Kennzeichnend sind lange Stillstände bei einer Helligkeit, die wenig unter dem Maximum liegt. Nur selten zeigt er die typischen starken Schwankungen mit Amplituden bis zu 2m. Erhebungen über das bei 9.8m bis 10.0m liegende "Normallicht" sind selten, spitze Minima von sehr verschiedener Breite und Tiefe dagegen haufig. Der Veränderliche steht damit zwischen den Prototypen RR Tauri und dem "algolähnlichen" BO Cephei nach der Typologie von Schneller [3]. Periodische Wellen sind selten; wo sie aber angedeutet sind, haben die Zyklen wieder eine Lange von 3 bis 4d. Dem Charakter des Sterns entsprechend sind es die Minima, die periodisch auftreten. In einem der Abschnitte ist der Lichtwechsel völlig regellos. AK Scorpii. Während der Beobachtungsperiode 1937-38 zeigte dieser Stern Verwandtschaft zu den "algolähnlichen" Veränderliehen. Die Beobachtungsreihe 1952-53 lasst ein anderes Verhalten erkennen. Der Lichtwechsel weist von 10d bis 15d Lange auf, denen kleine rasche Schwankungen überlagert sind. Eine Periodizität der letzteren ist kaum erkennbar; die Zyklen von 1d bis 3d Lange unterliegen einem raschen Wechsel. Zeitweilig fehlen sie, und die Lichtkurve verläuft über eine Reihe von Tagen glatt. Y Leporis. Dieser Stern mit dem Spektrum M 4 III hatte nach dem photographischen Material 1935 bis 1938 zeitweise rasche Änderungen und unruhigen Verlauf der Lichtkurve gezeigt. Die visuellen Beobachtungen 1952-53 ergaben Wellen von 50d bis 60d Länge mit Amplituden von 0.4m bis 1.0m, doch ohne Periodizität über eine grössere Anzahl von Zyklen. Die Zuordnung des Sterns ist zweifelhaft. Die folgenden 4 Sterne wurden nach visuellen Beobachtungen des Verfassers allein und nach den Befunden auf photographischen Platten bearbeitet. 50.1929 = V 350 Orionis. Der Veränderliche ist ein RW Aurigae-Stern mit mehreren Ruhehelligkeiten, sodass er sich manchmal wie ein U Geminorum-Stern, manchmal wie ein BO Cephei-Stern verhalt. Die visuellen Beobachtungen von 1952-53 zeigten ihn nahe dem schwachen Ruhelicht ohne stärkeren Wechsel. S 4799 Phe ist ein typischen "Algol-ähnlichere" Veränderlicher mit gut eingehaltenem Normallicht bei 9.25m, von dem aus Erhellungen um 0.2m und Schwächungen um 0.25m relativ selten sind. Die Amplitude ist demnach kaum 0.5m. S 4800 Phe unterscheidet sich nur wenig von dem 0.8deg entfernt stehenden vorbehandelten Stern. Die Amplitude ist auch nur 0.5m, die Lichtkurve aber verläuft zeitweilig etwas unruhig. S 4801 Phe gehört zu derselben Gruppe nach Ort und Charakter. Die Amplitude ist 10.2m bis 10.8m, der Lichtwechsel verläuft in Wellen, denen zeitweise rasche Schwankungen von 0.2m Amplitude überlagert sind. Er ist damit als typischen Y Leporis-Stern zu bezeichnen. Die 9 hier beschriebenen Sterne stellen eine stetige Folge von Untertypen dar, die von der extremen RR Tauri-Form bis zur Y Leporis-Variante reicht. Das Vorkommen von Übergangsformen zwischen den Untertypen von Schnellers Klassifikation scheint hier recht deutlich aufgezeigt, und wenn auch die eingangs gestellte Frage nach den Beziehungen zwischen den photometrisch recht unterschiedlichen Subtypen damit nicht erschöpfend beantwortet ist, ergeben sich doch Hinweise auf mögliche, physikalisch begründete Verwandtschaften. Für die Theorie dürfte von Bedeutung sein, dass das Auftreten eines hellen Ruhelichts, wie es für die BO Cephei-Sterne charakteristisch ist, doch auch bei den eigentlichen RW Aurigae-Sternen häufiger vorkommt, als man bisher annahm. Mit der Vorstellung, dass der Lichtwechsel, wie bei den Flare Stars, den U Geminorum-Sternen and den Novae durch Eruptionen hervorgebracht wird, ist dieser Befund nicht ohne weiteres vereinbar. Endlich sei noch kurz auf die quasiperiodischen Wellen eingegangen. Ähnliche Erscheinungen sind in der Astrophysik nicht unbekannt. Sie zeigen sich auf dem absteigenden Ast mancher Novae und, mit grösseren Periodenwerten bei den Veränderlichen des EM Cygni-Typus, wovon bisher aber nur 3 Fälle bekannt sind. Auch die nahezu, aber nicht streng periodischen CN Orionis-Sterne, die eine Untergruppe des U Geminorum-Typus darstellen, sind heranzuziehen. Bei allen diesen Objekten handelt es sich sehr wahrscheinlich um Hauptreihensterne. Legt man ein Sternmodell von der Art der Sonne zugrunde, was auch durch den Spektraltypus der T Tauri-Sterne gerechtfertigt scheint, so würde die Periode der Eigenschwingung, falls der ganze Stern pulsiert, bei ~ 0.1d lieges. Dass die bei RW Aurigae-Sternen beobachteten Perioden sehr viel langer sind, kann so verstanden werden, dass nur ein Teil des Sterns pulsiert. Man gelangt zu einer einleuchtenden Vorstellung, wenn man annimmt, dass die Expansionen anisotrop erfolgen, also nur einen Teil der Oberfläche der Gaskugel einbeziehen. Dies wird verständlich, wenn man Unstetigkeiten der Energieerzeugung heranzieht in relativ oberflächennahen Schichten des Sterns. Nur so wird hier and bei den anderen Types, die ahnliches Verhalten zeigen, die Veränderlichkeit der Perioden zu erklären sein. Man kann nicht annehmen, dass ein ganzer Stern sein Trägheitsmoment andert, wohl aber dass die Partialschwingungen manchmal grössere, manchmal kleinere Teile der ausseren Schichten des Sterns einbeziehen. Eine Beziehung zwischen Periodenlänge and Amplitude lässt sich nicht nachweisen. Zwar scheint bei T Chamaeleontis nach den 3 Formeln die kleinere Amplitude zur langeren Periode zu gehören, aber die am Ende meiner Beobachtungsreihe in Erscheinung tretende Periode von 4.8d hat gerade die grössten Amplituden von etwa 2.5m und auch die Kurve von RU Lupi widerspricht jener Regel. Sehr merkwürdig ist die mehrfach gut belegte Verdoppelung des Periodenwertes, derart, dass die dazwischenliegenden Maxima entweder unterdrückt oder sehr flack sind. Dies deutet auf die Überlagerung zweier Frequenzen hin die sich um eine Oktave unterscheiden. Die Lichtkurve in ihrer Gesamtheit macht den Eindruck, dass sich Partialschwingungen verschiedener Amplitude und verschiedener Perioden auf eine sehr komplizierte Art überlagern, dass die eine Welle abklingt and eine andere neu entsteht, dass aber in der Endwirkung gewisse für den Stern charakteristische, d. h. von seiner Masse und seinem Aufbau bestimmte Periodengrenzen eingehalten werden. Durch these Vorgange könnte auch ein Rotationseffekt überdeckt oder stark verschleiert werden. Den gesamten Lichtwechsel auf these Weise zu erklären, ist kaum möglich in Anbetracht der grossen Amplitudes. Wenn man aber als Ursache der Erscheinungen rasch ablaufende Unstetigkeiten der Energieerzeugung in oberflächennahen Schichten annimmt, wird verständlich, dass daneben turbulente Massenverlagerungen and Vorgange von der Art der Solar Flares auftreten müssen, die zusammen mit den Partialschwingungen sind, das Verhalten dieser Sterne unserem Verständnis näherzubringen. Literaturhinweise 1. C. Hoffmeister, On RW Aurigae Type Stars and related Types. International Astronomical Union Symposium No. 3, Non-stable Stars, p. 22. 2. C. Hoffmeister, Über das Verhalten von drei typischen und sechs atypischen RW Aurigae-Sternen. Veröffentl. Sternwarte Sonneberg 3 Nr. 3, 1957. 3. H. Schneller, Geschichte und Literatur des Lichtwechsels der Veränderlichen Sterne. Zweite Ausgabe. 3. Band p. V -IX, 1952.