Ein internationales Team von Astronomen, geleitet von einem Forscher der Universität Genf (UNIGE), hat gezeigt, dass die magnetische Aktivität der Sonne ihre seismischen Eigenschaften signifikant beeinflusst, entgegen den Vorhersagen aus der Literatur. Wichtige Daten wie ihre Größe, ihr Alter oder ihre chemische Zusammensetzung hängen davon ab.
Diese Ergebnisse eröffnen den Weg für weiterführende Forschungen, um die Natur der magnetischen Aktivität und ihren Einfluss auf die Sternoszillationen besser zu verstehen. Die Studie ist im Journal
Astronomy & Astrophysics nachzulesen.
Illustration des Satelliten SOHO, der um die Sonne kreist. An Bord befindet sich unter anderem das Messinstrument GOLF, welches einen Teil der in der Studie verwendeten Daten geliefert hat.
© SOHO/ESA/NASA
Die Astero-Seismologie, oder Helio-Seismologie, wenn es um die Sonne geht, ist ein Bereich der Astronomie, der sich mit der Untersuchung der Schwingungen von Sternen befasst.
„Um das zu verstehen, muss man sich einen Stern als eine große Kugel aus ständig bewegendem Gas vorstellen. Im Inneren dieses Sterns gibt es Wellen oder Pulsationen, die ihn vibrieren lassen, ähnlich wie der Klang, der in einem Musikinstrument mitschwingt“, erklärt Jérôme Bétrisey, Postdoktorand am Astronomischen Institut der Naturwissenschaftlichen Fakultät der UNIGE und Erstautor der Studie. „Diese Schwingungen bewirken, dass sich die Oberfläche des Sterns leicht bewegt und seine Helligkeit regelmäßig verändert. Mit sehr präzisen Instrumenten können wir diese Helligkeitsveränderungen von der Erde oder aus dem Weltraum aus beobachten“, fügt der Forscher hinzu.
Die Symphonie der Sterne hören
Durch die Beobachtung dieser Veränderungen können Forscherinnen und Forscher enorm viel über die innere Struktur eines Sterns lernen und wichtige Eigenschaften wie seine Größe, sein Alter, seine chemische Zusammensetzung oder seinen Entwicklungsstand im Lebenszyklus bestimmen. Ein genaues Verständnis der Eigenschaften von Sternen ist unter anderem unerlässlich, um die Eigenschaften der sie umgebenden Planeten zu bestimmen oder die Geschichte der Milchstraße nachzuvollziehen.
Trotz großer Erfolge in den letzten Jahrzehnten hat die Astero-Seismologie auch große Abweichungen zwischen Beobachtungen und den Vorhersagen theoretischer Modelle über das Innenleben von Sternen aufgedeckt. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Methoden entwickelt, um diese Abweichungen zu verringern, mit unterschiedlich großem Erfolg. Keine der bisherigen Methoden berücksichtigt jedoch die magnetische Aktivität der Sterne, da deren Einfluss als vernachlässigbar galt.
Das internationale Team um Jérôme Bétrisey zeigte nun das Gegenteil. Sie konnten nachweisen, dass das Alter der Sonne, das durch die Helioseismologie bestimmt wurde, erheblich je nach Aktivitätsniveau des Sonnenzyklus variiert. Um eine Größenordnung zu nennen: Die Sonne ist etwa 4,6 Milliarden Jahre alt, und zwischen den solaren Minima wurden Schwankungen von bis zu 300 Millionen Jahren beobachtet. Auch wenn diese Schwankungen im Vergleich zum Gesamten Alter der Sonne gering erscheinen, sind sie in Bezug auf die Genauigkeit, die zukünftige Weltraummissionen erreichen werden, nicht mehr zu vernachlässigen.
Das seismische Alter der Sonne korreliert mit dem Aktivitätszyklus der Sonne
Um den Einfluss der magnetischen Aktivität auf die Sonne besser zu verstehen, analysierten die Wissenschaftler 26,5 Jahre solare Daten, die zwei vollständige Aktivitätszyklen abdecken. Diese Daten wurden in etwa 90 kleine Serien von je einem Jahr unterteilt, die sich um drei Monate überlappen. Jede dieser Serien wurde seismisch untersucht, was es ermöglichte, die Entwicklung grundlegender Eigenschaften der Sonne wie Masse, Radius und Alter im Laufe der Zeit zu messen.
Entwicklung der Sonne während des Zyklus 23. Das Bild zeigt eine Collage von 11 Fotografien der Sonne durch den SOHO-Satelliten und hebt den 11-jährigen Sonnenaktivitätszyklus mit Minima um 1996 und 2006 und einem Maximum um 2001 hervor.
© SOHO/ESA/NASA Zwei unabhängige Datensätze wurden verwendet, um die Robustheit der Ergebnisse zu überprüfen. Einer stammte vom bodengebundenen Teleskopnetzwerk der Universität Birmingham, BiSON (Birmingham Solar Oscillations Network), und der andere vom Instrument GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies) an Bord des Satelliten SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), der seit Mitte der 1990er Jahre die Sonne umkreist.
Unabhängig von der getesteten Konfiguration zeigte sich, dass das Alter der Sonne, das durch die Helioseismologie bestimmt wurde, mit dem Aktivitätsniveau des Sonnenzyklus korrelierte. Sie maßen durchschnittliche Schwankungen von etwa 6 % zwischen den Perioden des solaren Maximums und Minimums, was im Hinblick auf die angestrebte Genauigkeit künftiger Weltraummissionen, die ähnliche Sterne untersuchen werden, sehr bedeutend ist. Zum Beispiel strebt die PLATO-Mission (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) für das Alter eines Sterns wie der Sonne eine Genauigkeit von 10 % an.
Die Untersuchung der GOLF- und BiSON-Daten zeigte auch, dass der Einfluss des Aktivitätszyklus auf das seismische Alter deutlicher ausgeprägt ist während des aktiveren der beiden untersuchten Zyklen. Dieses Ergebnis ist physikalisch logisch und zu erwarten. „Allerdings ist die Sonne kein besonders aktiver Stern, was darauf hindeutet, dass der Einfluss der magnetischen Aktivität bei aktiveren Sternen, wie sie PLATO entdecken wird, noch viel größer sein könnte“, fügt Jérôme Bétrisey hinzu.
Eine glänzende Zukunft für die Erforschung der magnetischen Aktivität von Sternen
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die magnetische Aktivität von Sternen eine große Herausforderung für zukünftige Weltraummissionen wie PLATO darstellen wird, insbesondere für die Charakterisierung der aktivsten Sterne. „Diese Entdeckung eröffnet jedoch auch viele faszinierende Forschungsperspektiven“, schließt Jérôme Bétrisey.
Die magnetische Aktivität der Sterne beeinflusst die Sternoszillationen signifikant, was die genaue Bestimmung grundlegender Eigenschaften wie Masse, Radius und Alter der Sterne erschwert. Für zukünftige Weltraumprojekte bedeutet dies, dass noch ausgefeiltere Methoden entwickelt werden müssen, um diesen magnetischen Einfluss zu berücksichtigen.
Die Herausforderungen, die durch die magnetische Aktivität entstehen, werden die Forschenden auch dazu anregen, dieses Phänomen weiter zu untersuchen. Dies könnte zu einem besseren Verständnis der Sternphysik führen, insbesondere in Bezug darauf, wie Magnetfelder mit den inneren Oszillationen der Sterne interagieren. Diese Forschungen könnten auch unser Verständnis der Aktivitätszyklen von Sternen, die den Sonnenzyklen ähneln, verbessern.
Quelle: Universität Genf