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STERNE
Magnetfeld bremst Rotation von Sternen
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP)
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13. Juni 2012

Am Ende ihres nuklearen Lebens drehen sich sonnenähnliche Sterne, aber auch Neutronensterne, deutlich langsamer um die eigene Achse als eigentlich zu erwarten wäre. Verantwortlich dafür könnte ein magnetischer Effekt sein, der die Sterne abbremst. Wissenschaftlern aus Potsdam und Dresden ist es nun erstmals gelungen, diesen Effekt im Laborexperiment nachzuweisen.

Simulation

Numerische Simulationen zeigen eine starke Verzerrung des Magnetfeldes im Inneren eines Sterns ab einer kritischen Magnetfeldstärke. Bild: AIP

Wissenschaftler haben in Theorie und Laborexperiment einen magnetischen Effekt nachgewiesen, der erklären könnte, warum ursprünglich sonnenähnliche Sterne sich am Ende ihres Lebens viel langsamer um die eigene Achse drehen als erwartet. Die Forscher des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) haben das Magnetfeld der Sterne zunächst im Computer simuliert und dann mit Ergebnissen eines speziellen Experimentalaufbaus verglichen, der im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) realisiert worden ist.

Ziel des erfolgreichen Experiments war es nachzuweisen, dass ab einer kritischen Magnetfeldstärke eine theoretisch bekannte und vorhergesagte Instabilität des Magnetfeldes tatsächlich auftritt. Dieses als Taylor-Instabilität bekannte Phänomen kann das Plasma im Inneren eines Sterns zähflüssiger machen und dadurch seine Rotationsgeschwindigkeit stärker verringern.

"Theoretisch haben wir die Tayler-Instabilität von Magnetfeldern schon seit Jahren als möglichen Mechanismus für das Abbremsen von Sternen in Betracht gezogen, nur war ihre tatsächliche Existenz bisher völlig unbewiesen. Nun ist sie sicher!", freut sich Günther Rüdiger, der Verantwortliche des Projekts auf Potsdamer Seite und Marcus Gellert, der mit Computer-Simulationen das Experiment vorbereitet hat, ergänzt: "Unsere Berechnungen wurden durch das Experiment in hervorragender Weise bestätigt!"

Geht man von einem Stern aus, dessen Kern sich ähnlich schnell um die eigene Achse dreht wie der unserer Sonne, so muss sich dieser im Laufe seiner Entwicklung auf etwa zehn Prozent des Anfangswertes verlangsamen, damit die tatsächlich beobachteten, weit geringeren Rotationsgeschwindigkeiten eines Sterns im Endstadium als Weißer Zwerg oder Neutronenstern erreicht werden. Eine andauernde magnetische Instabilität böte den effektivsten Abbremsungsmechanismus und damit ein plausibles Erklärungsmodell für diese enorme Verlangsamung.

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Ob und wie kontinuierlich die Instabilität nicht nur im Labor, sondern auch im Inneren der Sterne wirkt, werden zukünftige Beobachtungen und verbesserte Simulationen zeigen. Der jetzt erfolgte experimentelle Nachweis der Instabilität könnte damit ein wichtiges Detail in der Theorie der Sternentwicklung erschließen. Nach dem im Jahr 2010 mit dem Preis "Wissenschaft und Gesellschaft" des Stifterverbandes für die deutsche Wissenschaft ausgezeichneten PROMISE-Experiment zur magnetischen Scherinstabilität (astronews.com berichtete), ist dies bereits das zweite Mal, dass die Potsdamer Wissenschaftler zusammen mit dem Team vom HZDR die Physik der Sterne erfolgreich ins Labor geholt haben.

Das Experiment hat aber eventuell auch ganz praktische Konsequenzen: Der jetzt erstmals im Laborexperiment nachgewiesene Effekt dürfte nämlich auch für die Konstruktion großer Flüssigmetall-Batterien von Bedeutung sein, die als preiswerte Speicher für erneuerbare Energien im Gespräch sind. Die Taylor-Instabilität könnte hier dafür sorgen, dass ab einer gewissen Batteriegröße starke Strömungen zwischen den Metallschichten entstehen, die letztlich zum Kurzschluss führen können. Dies würde sich durch eine angepasste Bauweise verhindern lassen.

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siehe auch
PROMISE: Kosmische Magnetfelder im Labor - 23. Oktober 2008
Promise: So füttert man Schwarze Löcher - 5. Dezember 2006
Links im WWW
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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