Astronomen haben Daten des Chandra X-ray Observatory verwendet, um eine Entdeckung zu machen, die große Auswirkungen auf unser Wissen haben könnte, wie die Magnetfelder in der Sonne und in sonnenähnlichen Sternen erzeugt werden. Die Forscher haben entdeckt, dass vier alte rote Zwergsterne mit weniger als der halben Sonnenmasse viel weniger Röntgenstrahlen emittieren als erwartet. Röntgenstrahlung ist ein ausgezeichneter Indikator für die Magnetfeldstärke eines Sterns, deshalb spricht die Entdeckung dafür, dass diese Sterne viel schwächere Magnetfelder besitzen als ursprünglich angenommen.
Weil junge Sterne aller Massen große Mengen Röntgenstrahlung emittieren und hohe Magnetfeldstärken aufweisen, deutet es darauf hin, dass die Magnetfelder dieser Sterne mit der Zeit schwächer werden. Obwohl dies eine häufig beobachtete Eigenschaft von Sternen wie unserer Sonne ist, ging man nicht davon aus, dass dies auch für massearme Sterne gelten würde, da deren innere Struktur ganz anders ist.
Die Sonne und andere Sterne sind riesige Kugeln aus superheißem Gas. Das Magnetfeld der Sonne ist verantwortlich für die Bildung von Sonnenflecken, ihren elfjährigen Zyklus und starke Teilcheneruptionen auf der Sonnenoberfläche. Diese Sonnenstürme können auf der Erde spektakuläre Polarlichter erzeugen, elektrische Stromsysteme beschädigen, Kommunikationssatelliten ausschalten und Astronauten im Weltraum beeinflussen.
“Wir wissen seit Jahrzehnten, dass die Magnetfelder der Sonne und anderer Sterne eine große Rolle bei ihrem Verhalten spielen, aber viele Einzelheiten bleiben rätselhaft”, sagte der Hauptautor Nicholas Wright von der Keele University in Großbritannien. “Unser Ergebnis ist ein Schritt bei der Aufgabe, die Sonne und andere Sterne umfassend zu verstehen.”
Die Rotation eines Sterns und der Gasfluss in seinem Inneren spielen eine Rolle bei der Erzeugung seines Magnetfeldes. Die Rotation der Sonne und sonnenähnlicher Sterne hängt von der Breite (Pole gegen Äquator) und von der Tiefe unter der Oberfläche ab. Ein anderer Faktor bei der Erzeugung des Magnetfeldes ist die Konvektion. Ähnlich wie die Zirkulation von warmer Luft innerhalb eines Ofens, transportiert der Konvektionsprozess in einem Stern Wärme aus seinem Inneren an seine Oberfläche. Das geschieht durch ein zirkulierendes Muster aus aufsteigenden Zellen heißen Gases und herabsinkendem kälteren Gas.
Die Konvektion tritt im (auf den Radius bezogen) äußeren Drittel der Sonne auf, während das heiße Gas näher am Kern relativ ruhig bleibt. Es gibt einen Unterschied bei den Rotationsgeschwindigkeiten dieser beiden Regionen. Viele Astronomen vermuten, dass dieser Unterschied für die Erzeugung eines Großteils des solaren Magnetfeldes verantwortlich ist, indem er die Magnetfelder entlang der Grenze zwischen der Konvektionszone und dem Kern verstärkt. Weil Sterne mit zunehmendem Alter langsamer rotieren, spielt das auch eine Rolle dabei, wie sich die Magnetfelder solcher Sterne mit der Zeit abschwächen.
“Man kann sich das Innere eines Sterns in gewisser Weise wie einen unglaublich komplexen Tanz mit vielen, vielen Tänzern vorstellen”, sagte Co-Autor Jeremy Drake vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (Massachusetts). “Manche Tänzer tanzen miteinander, während sich andere unabhängig voneinander bewegen. Diese Bewegung erzeugt ein Magnetfeld, aber herauszufinden, wie es im Detail funktioniert, ist extrem anspruchsvoll.
Bei deutlich masseärmeren Sternen als der Sonne findet die Konvektion bis in den Kern des Sterns statt. Das bedeutet, die Grenze zwischen den Regionen mit und ohne Konvektion, die in der Sonne als entscheidend für die Erzeugung des Magnetfeldes erachtet wird, existiert nicht. Eine Lehrmeinung besagt, dass Magnetfelder in solchen Sternen hauptsächlich durch Konvektion entstehen. Weil die Konvektion sich nicht verändert, während der Stern altert, würde sich sein Magnetfeld nicht im Laufe der Zeit abschwächen.
Durch die Untersuchung von vier dieser massearmen roten Zwergsterne im Röntgenbereich konnten Wright und Drake ihre Hypothese überprüfen. Sie nutzten das Chandra X-ray Observatory der NASA, um zwei dieser Sterne zu studieren, und Daten des ROSAT-Satelliten, um zwei weitere zu beobachten. “Wir stellten fest, dass diese kleineren Sterne Magnetfelder besitzen, die mit zunehmendem Alter des Sterns schwächer werden – genau wie bei sonnenähnlichen Sternen”, sagte Wright. “Das widerspricht dem, was wir erwartet hatten.”
Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Wechselwirkung entlang der Grenze zwischen Konvektionszone und dem Kern in Sternen wie unserer Sonne nicht die Erzeugung des Magnetfeldes dominiert, weil die von Wright und Drake untersuchten Sterne keine derartige Region besitzen und ihre Eigenschaften hinsichtlich des Magnetfeldes trotzdem sehr ähnlich sind.
Eine Abhandlung, die die Ergebnisse von Wright und Drake beschreibt, erscheint in der Nature-Ausgabe vom 28. Juli 2016. Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) leitet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (Massachusetts) steuert Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen.
(THK)
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