Sonnenähnliche Sterne offenbaren ihr Alter durch ihre Rotation

Illustration eines hypothetischen Exoplaneten in einer Umlaufbahn um einen gelben, sonnenähnlichen Stern. Astronomen haben das Alter von 22 sonnenähnlichen Sternen gemessen, indem sie ihre Rotationsgeschwindigkeiten verwendeten. (David A. Aguilar (CfA))
Illustration eines hypothetischen Exoplaneten in einer Umlaufbahn um einen gelben, sonnenähnlichen Stern. Astronomen haben das Alter von 22 sonnenähnlichen Sternen gemessen, indem sie ihre Rotationsgeschwindigkeiten verwendeten. (David A. Aguilar (CfA))

Die Definition dessen, was einen Stern “sonnenähnlich” macht, ist genauso schwer wie die Definition dessen, was einen Planeten “erdähnlich” macht. Ein Zwilling der Sonne sollte eine sonnenähnliche Temperatur, Masse sowie einen ähnlichen Spektraltyp aufweisen. Auch würden wir davon ausgehen, dass er etwa 4,5 Milliarden Jahre alt ist. Das Alter eines Sterns zu messen, ist allerdings außerordentlich schwierig, deshalb ignorieren Astronomen normalerweise das Alter, wenn sie entscheiden, ob ein Stern als “sonnenähnlich” gilt.

Eine neue Technik zur Messung des Alters eines Sterns mit Hilfe seiner Rotation – Gyrochronologie genannt – kommt hier voll zur Geltung. Am 10. Juli 2014 präsentierten Astronomen die gyrochronologischen Altersbestimmungen von 22 sonnenähnlichen Sternen. Davor wurden nur von zwei sonnenähnliche Sternen die Rotation und das Alter gemessen.

“Wir haben Sterne mit Eigenschaften entdeckt, die denen der Sonne so nahe kommen, dass wir sie als Sonnenzwillinge bezeichnen können”, sagte der leitende Autor Jose Dias do Nascimento vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). “Mit solaren Zwillingen können wir die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft von Sternen wie unserer Sonne studieren. Infolgedessen können wir voraussagen, wie Planetensysteme ähnlich unserem Sonnensystem durch die Entwicklung ihrer Zentralsterne beeinflusst werden.”

Um die Rotation eines Sterns zu messen, suchen Astronomen nach Veränderungen seiner Helligkeit, die durch wandernde, dunkle Flecken (sogenannte Sternflecken) auf seiner Oberfläche erzeugt werden. Indem wir beobachten, wie lange ein Fleck benötigt, um in das Blickfeld zu rotieren, auf dem Stern vorbeizuwandern und aus wieder aus dem Blickfeld zu verschwinden, können wir erfahren, wie schnell der Stern rotiert.

Die Helligkeitsveränderung eines Sterns aufgrund von Sternflecken ist sehr klein, nur ein paar Prozent oder weniger. Das Weltraumobservatorium Kepler der NASA ist hervorragend darin, solch genaue Helligkeitsmessungen durchzuführen. Mit Hilfe von Kepler stellten do Nascimento und seine Kollegen fest, dass die sonnenähnlichen Sterne in ihrer Studie durchschnittlich einmal alle 21 Tage rotieren. Zum Vergleich: Die Rotationsperiode unserer Sonne beträgt an ihrem Äquator 25 Tage.

Jüngere Sterne rotieren schneller als ältere, weil Sterne mit zunehmendem Alter langsamer werden – fast wie Menschen. Als Folge davon kann die Rotation eines Sterns wie eine Uhr verwendet werden, um sein Alter abzulesen. Weil die meisten der untersuchten Sterne etwas schneller als unsere Sonne rotieren, sind sie ebenfalls tendenziell jünger.

Diese Arbeit gründet auf vorangegangenen Forschungsarbeiten des CfA-Astronomen (und Co-Autor der neuen Studie) Soren Meibom. Meibom und seine Mitarbeiter maßen die Rotationsperioden von Sternen in einem eine Milliarde Jahre alten Sternhaufen namens NGC 6811. Weil die Sterne ein bekanntes Alter hatten, konnten die Astronomen sie für die Kalibrierung der gyrochronologischen “Uhr” heranziehen. Die neue Forschungsarbeit unter Leitung von do Nascimento untersucht freie “Feld”-Sterne, die keine Mitglieder des Sternhaufens sind.

Da Sterne und Planeten gemeinsam zur selben Zeit entstehen, können wir das Alter der Planeten erfahren, wenn wir das Alter ihrer Zentralsterne feststellen. Weil die Entstehung und Entwicklung von Leben Zeit braucht, könnte das Wissen um das Alter von planetenbeherbergenden Sternen helfen, die besten Ziele für die Suche nach Anzeichen außerirdischen Lebens einzugrenzen. Obwohl keiner der 22 Sterne in der neuen Studie bekannte Planeten besitzt, repräsentiert diese Arbeit einen wichtigen Schritt bei der Jagd auf sonnenähnliche Sterne, die erdähnliche Planeten haben könnten. Die Abhandlung wurde für die Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters freigegeben.

Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat sein Hauptquartier in Cambridge (Massachusetts) und ist ein Gemeinschaftsprojekt zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen studieren hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.

Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-18

(THK)

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