Heiße unterleuchtkräftige Sterne: Auf der Suche nach chemischen Signaturen ihrer Entstehung

This thesis deals with the hot subluminous stars of spectral class O (sdO). Stars of this type are evolved helium burning stars on the extended horizontal branch, which have lost their hydrogen envelope. The mechanism of this loss is still not understood completely. Two scenarios are under discussion: In the first scenario, two low mass white dwarfs in short period orbits lose orbital energy by radiation of gravitational waves. As their orbit shrinks, the less massive one will fill its Roche lobe and get disrupted and accreted on the companion. Unfortunately no detailed calculations of the explosive nucleosynthesis exist for this scenario. The late hot flashers are stars that do not experience the helium core flash until they leave their red giant phase and already evolve towards the white dwarfs. A strong enrichment with carbon and in some cases with nitrogen by mixing processes is expected. The creation of new NLTE model atmospheres which include carbon and nitrogen enabled us to measure their abundances in three dozen sdOs. Effective temperatures did not change much with the application of the new models, but the surface gravity was found about 0.2 dex lower than in previous analyses. This provides a solution for a handful of stars that until now were situated below the helium main sequence, which would not allow stable helium core burning. On the other hand, the whole distribution is shifted towards lower gravities while the theoretical calculations predict an accumulation of stars at higher surface gravities, near the helium main sequnce. The measured carbon abundances reveal a bimodal distribution: half of the objects has carbon enriched up to 10 times the solar value, a clear indication of 3-alpha processed material mixed from the core into the envelope, the other half shows carbon strongly depleted. With some exceptions, nitrogen is above solar abundances, up to a factor of ten. Stars with very low carbon content cannot have experienced mixing of matter from the core into the envelope, only CNO-processed matter is exposed. Three stars with high carbon abundances are found that have a very low nitrogen content. These stars are not easily understood: matter from the core must have been brought into the envelope, but not the CNO-processed matter. A surprising correlation is found for the rotational velocites with abundances: nearly all stars with high carbon abundances also have high projected rotational velocities v_rot = 10...30 km/s. Because the sdB stars are very slow rotating with v_rot < 10 km/s (unless spun up by tidal iteraction in close binary systems), this disqualifies any evolutionary connection between sdBs and the carbon rich sdOs. Those stars without carbon on the other hand show no significant rotational broadening in their line profiles. Altogether eight stars can be considered as compatible with having experienced a delayed helium flash. Those stars with high nitrogen abundances but only very little atmospheric carbon are not predicted by any late hot flasher calculation. They are considered candidates for the white dwarf merging scenario, which we cannot yet verify due to missing calculations.Diese Arbeit beschäftigt sich mit heißen unterleuchtkräftigen Sternen (englisch: hot subdwarfs) vom spektralen Typ O (sdO). Sterne dieses Types sind alte heliumbrennende Sterne auf dem extremen Horizontalast die keine Wasserstoffhülle mehr haben. Die Frage nach dem Mechanismus des Hüllenverlustes ist noch nicht eindeutig geklärt. Zwei Entwicklungsszenarien werden diskutiert: Im ersten Szenario verlieren zwei massearme Helium Weiße Zwerge (HeWD) durch Abstrahlung von Gravitationswellen Energie und nähern sich immer weiter bis der masseärmere schließlich seine Roche-Oberfläche überschreitet, zerissen wird und vom Begleiter akkretiert wird. Es existieren aber keine detaillierten Berechnungen für dieses Szenario. Late hot flasher sind Sterne, bei denen das zentrale Heliumbrennen (helium flash) erst beginnt, nachdem sie bereits anfangen, sich zum Weißen Zwerg zu entwickeln. Eine starke Anreicherung der Sternhülle mit Kohlenstoff und teilweise auch mit Stickstoff wird erwartet. Mit dem Einsatz neuer Atmosphärenmodelle, die auch Kohlenstoff und Stickstoff berücksichtigen, wurden in dieser Arbeit die Parameter und Häufigkeiten von knapp drei Dutzend sdOs neu bestimmt. Die gemessenen Effektivtemperaturen haben sich mit den neuen Modellen kaum geändert, aber die gemessene Schwerebeschleunigung an der Sternoberfläche, log(g) mit g in cm/s^2, ist um 0.2 dex niedriger ausgefallen als in bisherigen Messungen. Das löst einige Probleme mit Sternen, die sich bisher bei hohen Schwerebeschleunigungen unter der Heliumhauptreihe befanden, während dort eigentlich kein stabiles Heliumkernbrennen möglich ist. Andererseits wird die Verteilung insgesamt zu niedrigerem log(g) verschoben, obwohl die Zeitskala der theoretischen Sternentwicklung die sdOs nahe an die Heliumhauptreihe rückt. Die gemessenen Kohlenstoffhäufigkeiten zeigen eine bimodale Verteilung: Knapp die Hälfte der Sterne zeigt Kohlenstoff, teilweise angereichtert bis zum 10fachen des solaren Wertes, ein klares Indiz für das Anreichern der Hülle mit Produkten des 3-alpha-Heliumbrennens. Stickstoff ist bis auf ein paar Ausnahmen leicht über dem solaren Wert. In den Sterne mit wenig bis gar keinem Kohlenstoff kann keine Mischung aus dem Kern in die äußeren Schichten erfolgt sein, nur die Produkte des CNO-Zyknlus sind sichtbar. Es gibt drei kohlenstoffreiche Sterne mit extrem geringen Stickstoffhäufigkeiten, weniger als ein Zehntel des solaren Wertes. Diese sind schwer zu verstehen: es muß Kernmaterial in die Hülle gemixt werden, aber keine CNO-Produkte, oder es darf kein CNO-Brennen stattgefunden haben. Überraschend auffällig ist die Verteilung der Rotationsgeschwindigkeiten: Fast alle kohlenstoffreichen Sterne zeigen projizierte Rotationsgeschwindigkeiten der Sternoberfläche von v_rot = 10...30 km/s. Dieser Befund ist insofern unerwartet, als die sdB Sterne sehr langsame Rotatoren sind (v_rot < 10 km/s), sofern sie nicht in engen Doppelsternsysten durch Gezeitenkräfte aufgedreht wurden. Dieser Unterschied schließt einen entwicklungsgeschichtlichen Zusammenhang zwischen sdB Sternen und kohlenstoffreichen sdOs aus. Sterne mit sehr geringem Kohlenstoffanteil dagegen zeigen kaum meßbare Rotationsverbreiterungen in den Linienprofielen. Insgesamt acht der kohlenstoffreichen Sterne sind von ihren Häufigkeiten her als late-hot-flasher Kandidaten anzusehen. Besondere Probleme bereiten die stickstoffreichen, kohlenstoffarmen Sterne, die so in den theoretischen late-hot-flasher Szenarien nicht vorkommen Der Szenario der verschmelzenden Weißen Zwerge könnte für diese Objekte zutreffen, in Ermangelung detailierter Rechnungen ist das jedoch nicht überprüfbar