Sirius

Kinematikk

I 1718 oppdaget Edmond Halley egenbevegelsen til de hittil antatt «faste» stjernene etter å ha sammenlignet moderne astrometriske målinger med de angitt i Ptolemaios' Almagest. Det ble oppdaget at de lyse stjernene Aldebaran, Arcturus og Sirius hadde flyttet seg betydelig, sistnevnte med 30 bueminutter (ca. tilsvarende diameteren til månen) sørover i løpet av 1 800 år.
I 1868 ble Sirius den første stjernen som fikk hastigheten målt. William Huggins undersøkte spektrum av denne stjernen da han observerte en merkbar rødforskyvning. Han konkluderte med at Sirius beveget seg bort fra solsystemet med ca. 40 km/s. Sammenlignet med dagens verdier på -7,6 km/s, var dette både en overvurdering og feil retning; minustegnet betyr at den forflytter seg mot solen. Imidlertid er denne målingen kjent for introduksjonen av studiet av radialhastigheter for himmellegemer.

Oppdagelsen av en ledsager

Basert på endringer i egenbevegelsen til Sirius beregnet den tyske astronomen Friedrich Bessel i 1844 at den måtte ha en ukjent ledsager. Nesten to tiår senere, 31. januar 1862, gjorde den amerikanske astronomen og teleskopmakeren Alvan Graham Clark den første observasjonen av den svake ledsageren som nå kalles Sirius B, eller mer kjærlig «valpen». Dette skjedde under testingen av 18 tommers teleskop for Dearborn Observatory, som da var den største refraktorteleskoplinsen på den tiden og det største teleskopet i USA.
Den synlige stjernen blir noen ganger i dag omtalt som Sirius A. Siden 1894 har det blitt observert noen tilsynelatende uregelmessigheter i banene til Sirius-systemet, noe som antyder en tredje og svært liten ledsager. Dette har dog aldri blitt endelig bekreftet. Den beste tilpasningen til dataene indikerer en seksårig bane rundt Sirius A og en masse på bare 0,06 solmasser. Denne stjernen ville vært fem til ti størrelsesklasser svakere enn den hvite dvergen Sirius B, noe som ville forklart vanskeligheten med å observere den. Observasjoner publisert i 2008 var ikke i stand til å oppdage hverken en tredje stjerne eller en planet. En tilsynelatende «tredje stjerne» som ble observert på 1920-tallet er nå blitt bekreftet å være et bakgrunnsobjekt.
Walter Syrney Adams brukte i 1915 en 60 tommer (1,5 m) stor reflektor ved Mount Wilson Observatory for å observere spektrum av Sirius B. Han fastslo at den var en svak, hvitaktig stjerne. Dette førte til at astronomer konkluderte med at den var en hvit dverg, den andre i historien til å bli oppdaget. Diameteren tl Sirius A ble først målt av Robert Hanbury Brown og  Richard Q. Twiss i 1959 ved Jodrell Bank ved bruk av et intensitetsinterferometer for stjerner. I 2005 ble det ved bruk av Hubble-teleskopet fastslått at Sirius B har en diameter nesten som jorden, 12 000 km, og en masse som tilsvarer 98 % av solens.

Rød kontrovers

Rundt 150 e.Kr. beskrev den greske astronomen Klaudios Ptolemaios Sirius som rødaktig, sammen med de fem andre stjernene Betelgeuse, Antares, Aldebaran, Arcturus og Pollux som alle er tydelig oransje eller rødaktige. Dette avviket ble først nevnt av amatørastronomen Thomas Barker, meteorologen for Lyndon Hall i Rutland, som forberedte og holdt en tale under et møte i Royal Society i London i 1760. Det faktum at andre stjerner endret seg i lysstyrke ga tilslutning til idéen om at noen kunne endre farge også. John Herschel bemerket dette i 1839, muligens påvirket av å ha sett Eta Carinae to år tidligere.
Thomas Jefferson Jackson See gjenopptok diskusjonen om røde Sirius med publiseringen av flere artikler i 1892, og med en oppsummering i 1926. Han siterte ikke bare Ptolemaios, men også poeten Aratos, taleren Cicero og general Germanicus når det gjaldt farge på stjernen. Han erkjente imidlertid at ingen av de tre siste forfatterne var astronomer, de siste to hadde bare oversatt Aratos' dikt Phaenomena. Seneca hadde også beskrevet Sirius som dypere rød i fargen enn Mars. Det var imidlertid ikke alle av oldtidens observatører som så Sirius som rød; Poeten Marcus Manilius beskrev den som «havblå», og det samme gjorde Avienus. Den er standardstjernen for fargen hvit i det gamle Kina, og flere nedtegnelser fra det andre århundre f.Kr. og frem til det syvende århundre e.Kr. beskriver alle Sirius som hvit i fargetonen.
I 1985 publiserte de tyske astronomene Wolfhard Schlosser og Werner Bergmann en redegjørelse for det lombardiske manuskriptet fra det 8. århundre, som inneholder De cursu stellarum ratio av Gregorius av Tours. Den latinske teksten lærte lesere hvordan de kunne fastsette tidspunktene for aftenbønner etter stjernenes posisjoner, og Sirius blir beskrevet i teksten som rubeola – «rødaktig». Forfatterne foreslo at dette var ytterligere bevis for at Sirius B hadde vært en rød kjempe på den tiden. De eldre lærde svarte imidlertid at Gregorius sannsynligvis hadde henvist til Arcturus i stedet.
Sannsynligheten for at stjerneutviklingen til enten Sirius A eller Sirius B kunne forårsake dette avviket har blitt avvist av astronomer på grunnlag av tidsskalaen på tusener av år er for kort tid og at det ikke finnes noen tegn til tåke i systemet, noe som ville vært forventet hvis en slik endring hadde funnet sted. En vekselvirkning med en tredje stjerne, som til dags dato er uoppdaget, har også blitt foreslått som en mulighet for et rødt utseende. Alternative forklaringer er enten at beskrivelsen som rød er en poetisk metafor for dårlig hell, eller at den dramatiske scintillasjonen til stjernen da den ble observert stigende etterlot observatøren med et inntrykk av at den var rød. For det blotte øye kan den ofte synes å blafre med rød, hvit og blå fargetoner når den er nær horisonten.

Synlighet

Med en tilsynelatende størrelsesklasse -1,47 er Sirius den mest lyssterke stjernen på nattehimmelen, nesten dobbelt så lyssterk som den neste, Canopus. Den er imidlertid ikke så lyssterk på nattehimmelen som månen, Venus eller Jupiter. Ved enkelte tilfeller er også Merkur og Mars lysere enn Sirius. Sirius kan ses fra omtrent alle bebodde regioner på jordens overflate, kun de nord for 73° er uten mulighet til å se den. Den stiger imidlertid ikke spesielt høyt sett fra de nordligste byene. I St. Petersburg, for eksempel, stiger den bare 13° over horisonten.
For observatører på den nordlige halvkule danner Sirius, sammen med Procyon og Betelgeuse, et av de tre hjørnene i Vintertriangelet. På grunn av deklinasjon på drøyt -17° er Sirius en sirkumpolar stjerne fra breddegrader på 73° S. På den sørlige halvkulen kan Sirius i juni også ses både om kvelden etter solnedgang og på morgenen før soloppgang. På grunn av presesjon (og litt egenbevegelse) vil Sirius forflytte seg lengre sørover. Fra år 9000 vil ikke Sirius lengre være synlig fra det nordlige og sentrale Europa, og fra år 14000 (når Vega ligger nær Nordpolen) vil deklinasjonen være -67º og dermed være sirkumpolar gjennom Sør-Afrika og store deler av Australia.
Sirius kan til og med observeres på dagtid med det blotte øye under rette forhold. Ideelt må himmelen være svært klar og observatøren må befinne seg høyt oppe. Samtidig må stjernen passere rett over og solen være lavt i horisonten. Disse forholdene oppnås best på den sørlige halvkulen på grunn av den sørlige deklinasjonen til Sirius.
Banebevegelsen til binærsystemet gjør at de to stjernene får en minste vinkelseparasjon på 3 buesekunder og en maksimal på 11 buesekunder. Når de er på det nærmeste, er det en utfordring for observatører å skille den hvite dvergen fra den mer lyssterke ledsageren. For å klare det kreves det et teleskop med minimum 300 mm (12 tommer) aperture og perfekte observasjonsforhold. Et periastron oppstod i 1994 og paret har siden da forflyttet seg fra hverandre og det har blitt noe lettere å skille de med et teleskop.
Med en avstand på 2,6 parsec (8,6 lysår) har Sirius-systemet to av de åtte stjernene som ligger nærmest solsystemet og de utgjør det femte nærmeste stjernesystemet til vårt. Denne nærheten er hovedgrunnen til at de lyser så sterkt på himmelen, på samme måte som andre nære stjerner som Alfa Centauri og i motsetning til fjerne, men svært luminøse superkjemper som Canopus, Rigel eller Betelgeuse. Likevel er luminositeten til Sirius 25 ganger så høy som solens. Den nærmeste stjernen til Sirius er Procyon, 1,6 parsec (5,24 lysår) unna. Voyager 2, som ble skutt opp i 1977 for å studere de fire gasskjempene i solsystemet, er forventet å passere innenfor 4,3 lysår fra Sirius om ca. 296 000 år.

Stjernesystem

Sirius er et dobbeltstjernesystem. To hvite stjerner går i bane rundt hverandre i en avstand på ca. 20 AE – omtrent avstanden mellom solen og Uranus – og med en periode på 50,1 år. Den lyseste stjernen, kalt Sirius A, er en hovedseriestjerne av spektraltype A1V, og med en estimert overflatetemperatur på 9 940 K. Ledsageren, Sirius B, har allerede passert hovedserien og blitt en hvit dverg. Sirius B var en gang den mest massive, men er i dag under halvparten så massiv og en ti tusendel så luminøs som Sirius A.
Alderen til systemet estimeres til ca. 230 millioner år. Tidlig i livsløpet antas det å ha vært to blåhvite stjerner som gikk rundt hverandre i en elliptisk bane på 9,1 år. Målinger foretatt av IRAS viser at systemet stråler ut høyere nivåer av infrarød stråling enn forventet. Dette kan indikere støv i systemet, som anses for uvanlig for en dobbeltstjerne. Bilde tatt av Chandra X-ray Observatory viser at Sirius B overskinner den lyse ledsageren siden den er en sterkere røntgenkilde.

Sirius A

Sirius A har en dobbelt så stor masse som solen. Radiusen har blitt målt med et astronomisk interferometer og gir en vinkeldiameter på 5,936 ± 0,016 mas. Den projiserte rotasjonshastigheten er 16 km/s, og gir ingen betydelig utflating av skiven. Dette er stikk motsatt av for Vega, som er omtrent på samme størrelse og roterer hele 274 km/s og har en prominent bul rundt ekvator. Et svakt magnetfelt har blitt oppdaget på overflaten av Sirius A.
Modeller antyder at stjernen ble dannet ved kollaps av en molekylsky, og etter 10 millioner år ble den indre energigenereringen fullt og helt drevet av kjernefysiske reaksjoner. Kjernen ble konvektiv og utnyttet CNO-syklusen til energigenerering. Det antas at Sirius A vil ha brukt opp alt av hydrogen innen én milliard år etter dannelsen, og at den på det tidspunktet vi gå gjennom en fase som rød kjempe før den blir en hvit dverg.
Sirius A klassifiseres som en Am-stjerne fordi spekteret viser dype metalliske absorpsjonslinjer som indikerer en økning i grunnstoffer tyngre enn helium, slik som jern. Sammenlignet med solen er andelen jern i atmosfæren på Sirius A gitt ved , som tilsvarer 100,5 og betyr at den har 316 % av andelen jern i solens atmosfære. Det er imidlertid lite sannsynlig at den høye forekomsten av jern på overflaten er gjeldende over hele stjernen, men at jerntoppene og tunge metaller blir relativt levitert mot overflaten.

Sirius B

Sirius B har en masse omtrent som solen og er av de mest massive hvite dvergene (0,98 solmasser) man kjenner til – nesten det dobbelte av det vanlige 0,5–0,6 solmasser. Likevel er den samme massen sammenpakket til et volum omtrent som jordens. Overflatetemperaturen er omtrent 25 200 K. Siden det ikke finnes noen indre varmekilde, vil Sirius B sakte kjøles etter hvert som den gjenværende varmen stråles ut i rommet over en periode på over to milliarder år.
En hvit dverg dannes etter at stjerner har utviklet seg fra hovedserien og deretter passert gjennom en fase som rød kjempe. Dette oppstod da Sirius B var mindre enn halvparten så gammel som den er i dag, rundt 120 millioner år siden. Den opprinnelige stjernen er estimert til å ha vært 5 solmasser og en B-type-stjerne (omtrent B4–5) mens den forsatt var i hovedserien. Da den passerte gjennom fasen som rød kjempe, kan Sirius B ha økt metallisiteten til Sirius A.
Stjernen består primært av en blanding karbon og oksygen som ble generert av heliumfusjonen i stjernens forfedre. Dette er dekket av en tynn kappe av lettere grunnstoffer hvor massen er segregert etter masse på grunn av den høye overflategravitasjonen. Derfor er den ytre atmosfæren til Sirius B nå nesten ren hydrogen – grunnstoffet med lavest masse – og ingen andre grunnstoffer er synlige i stjernens spektrum.

Stjernehopen Sirius

I 1909 foreslo Ejnar Hertzsprung at Sirius var en del av Ursa Major-gruppen, basert på observasjoner av systemets bevegelser over himmelen. Ursa Major-gruppen er et sett med 220 stjerner som deler en felles bevegelse gjennom rommet, og som en gang ble dannet som medlemmer av en åpen stjernehop som siden har blitt gravitasjonelt frigjort fra hverandre.
Analyser fra 2003 og 2005 stiller imidlertid spørsmål ved om Sirius er med i denne gruppen. Ursa Major-gruppen har en estimert alder på 500 ± 100 millioner år, mens Sirius, som har en metallisitet lignende solens, har en alder som er halvparten av dette og dermed er for ung til å tilhøre gruppen. Sirius kan i stedet være et medlem av den foreslåtte Sirius-hopen, sammen med andre spredte stjerner som Beta Aurigae, Alfa Coronae Borealis, Beta Crateris, Beta Eridani og Beta Serpentis. Dette er en av tre store hoper som ligger innenfor 500 lysår (150 parsec) fra solen. De andre to er Hyadene og Pleiadene, og hver av disse hopene består av hundrevis av stjerner.

Dogon

Dogon-folket er en etnisk gruppe i Mali i Vest-Afrika, som angivelig har tradisjonell astronomisk kunnskap om Sirius som normalt ville vært ansett umulig uten bruk av teleskoper. Ifølge Marcel Griaules bøker Conversations with Ogotemmêli og The Pale Fox, kjente de til den ca. femti år lange omløpsperioden til Sirius A og Sirius B før de vestlige astronomene. De refererer også til en tredje stjerne som hører til systemet. Robert Temples bok The Sirius Mystery krediterer dem med kunnskapen om de fire Galileiske måner rundt Jupiter og ringene rundt Saturn. Dette har imidlertid vært gjenstand for kontroverser og spekulasjoner. Ifølge en artikkel i 1978 i det amerikanske magasinet Skeptical Inquirer, er det mulig at det skyldes kulturell kontaminasjon. Det har også blitt antydet at kontaminatorer kan ha vært etnografene selv. Andre ser imidlertid denne forklaringen som svært forenklet.

Sererreligion

I religionen til sererfolket i Senegal, Gambia og Mauritania blir Sirius kalt Yoonir fra sererspråket (og noen av de canginspråklige, som alle er etnisk serere). Stjernen Sirius er en av de viktigste og helligste stjernene i deres religiøse kosmologi og symbolisme. De sereriske høyprestene og prestinnene (Saltiqer, arvelige «regnprester») fører diagrammer over Yoonir for å forutse regnvær og gjøre det mulig for sereriske bønder å starte settingen av frø. I sererisk religiøs kosmologi er den symbolet på universet.

Moderne tradisjoner

Sirius er jevnlig et subjekt brukt i science fiction og tilhørende populærkultur, og også et subjekt i poesien. Sirius er også en del av våpenet til Macquarie University, og navnet på universitetet alumnijournal. I november 1999 ble navnet på den nordamerikanske satellittradioselskapet Satellite CD Radio, Inc. endret til Sirius Satellite Radio, oppkalt etter den «klareste stjernen på nattehimmelen». Komponisten Karlheinz Stockhausen har blitt hevdet å ha sagt ved flere anledninger at han kom fra en planet i Sirius-systemet. Astronomen Noah Brosch har spekulert i om navnet på skikkelsen Sirius Black fra Harry Potter-fortellingene, som har en unik evne til å forvandle seg til en sort hund, kan ha blitt inspirert av «Sirius B».
Sirius er en av de 27 stjernene i Brasils flagg, hvor den representerer delstaten Mato Grosso.
Syv skip fra Storbritannias marine har blitt kalt HMS «Sirius»: Et flaggskip i første flåte til Australia i 1788, en fregatt fra 1797 som tjenestegjorde under Napoleonskrigene, en fregatt fra 1813, en propelldrevet kanonsjalupp fra 1868, en armert krysser fra 1892 som tjenestejorde under første verdenskrig, en lettcruiser fra 1938 som tjenestegjorde under andre verdenskrig og en fregatt fra 1964 som var i tjeneste frem til 1994. Den australske Royal Australian Navy har senere oppkalt et fartøyet HMAS «Sirius» O 266 etter dette flaggskipet. I tillegg til den svenske marinens to torpoedobåter HMS «Sirius» (1903) og HMS «Sirius» (T122), har USA fartøyet USNS «Sirius» (T-AFS-8) i tillegg til én-motors flyet Lockheed Model 8 Sirius, det første som ble fløyet av Charles Lindbergh. Navnet ble også tatt i bruk av Mitsubishi Motors Corporation for Mitsubishi Sirius engine i 1980.