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ASTEROSEISMOLOGIE
Der Puls eines Sterns verrät sein Alter
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Wien
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4. Juli 2014

Die Schwingungen von gerade entstandenen Sternen können offenbar etwas über ihr genaues Alter verraten. Dies bestätigte jetzt die Auswertung von Daten zweier Raumsonden und von erdgebundenen Teleskopen. Somit kann die Asteroseismologie den Astronomen in Zukunft helfen, die frühe Phase im Leben eines Sterns besser zu verstehen.

Stern

Asteroseismologie erlaubt einen Blick in das Innere von Sternen.   Bild: CNES

Sterne werden durch den Kollaps von Molekülwolken geboren. In den frühen Phasen der Sternentwicklung ziehen sich die jungen Sonnen zusammen und werden dabei immer kleiner, kompakter und heißer, bis es in ihrem Inneren schließlich so heiß ist, dass das Wasserstoffbrennen im Kern zünden kann. Die ersten Phasen im Leben der Sterne bestimmen ihr gesamtes zukünftiges Schicksal bis hin zu ihrem Tod. "Es ist daher wesentlich, dass wir die physikalischen Prozesse in ihren frühen Phasen verstehen", erklärt die Astrophysikerin Konstanze Zwintz von der Universität Wien.

Aber gerade in der Frühphase ist die Bestimmung des Alters eines Sterns ein großes Problem: Junge Sterne mit Massen von etwa einer bis zu sechs Sonnenmassen haben ähnliche Eigenschaften in ihren Atmosphären wie ältere, weiter entwickelte Sterne, die schon im Kern Wasserstoff verbrennen. "Es ist daher nicht möglich, den Entwicklungszustand eines beliebigen Sterns ausschließlich aufgrund von Eigenschaften wie seiner effektiven Temperatur, Schwerebeschleunigung oder Leuchtkraft zu bestimmen", so Zwintz.

Der Hauptunterschied zwischen Sternen unterschiedlicher Entwicklungszustände ist ihr innerer Aufbau. Asteroseismologie ist die einzige Methode, die es erlaubt, das Innere pulsierender Sterne durch die Analyse ihrer Sternschwingungen zu untersuchen. Das funktioniert ähnlich wie auf der Erde, wo man aufgrund des Studiums von Erdbeben und der damit verbundenen seismischen Wellen weiß, wie das Innere unserer Erde aufgebaut ist.

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Theoretiker hatten vorhergesagt, dass man die Asteroseismologie dazu verwenden könnte, den Entwicklungszustand eines Sterns zu bestimmen. Es fehlten allerdings bisher entsprechende Beobachtungsdaten, um diese Hypothese zu überprüfen. Zwintz und ihr Team konnten nun erstmals zeigen, dass die beobachteten Schwingungseigenschaften junger Sterne tatsächlich von ihrem jeweiligen Entwicklungszustand abhängen: Die am wenigsten entwickelten jungen Sterne schwingen am langsamsten, während die am weitesten entwickelten - also die, die kurz vor dem Beginn des Wasserstoffbrennens im Kern stehen - die kürzesten Perioden zeigen.

"Das wird es erlauben, das Alter junger Sterne nur aus ihren gemessenen Schwingungseigenschaften abzuleiten, ohne Zuhilfenahme theoretischer Modelle", freut sich die Astronomin. "Damit haben wir gezeigt, dass Asteroseismologie auch eine unschlagbare Methode ist, einige der offenen Fragen im Gebiet der frühen Sternentwicklung zu beantworten".

Sterne in allen Entwicklungsstadien können viele verschiedene Arten von Schwingungen zeigen, die aufgrund unterschiedlicher Mechanismen entstehen. Dass auch junge Sterne schwingen können, ist erst seit rund 20 Jahren bekannt. Als Zwintz im Jahr 2000 mit ihrer Doktorarbeit an der Universität Wien begann, war Asteroseismologie junger Sterne ein ganz neues Gebiet, über das noch nicht viel bekannt war.

Seit dieser Zeit hat sich Zwintz intensiv diesem Forschungsgebiet gewidmet und arbeitet nun seit knapp zwei Jahren an der Katholieke Universiteit Leuven in Belgien. Hier führt sie zusammen mit ihren früheren Kollegen Rainer Kuschnig und Werner Weiss vom Institut für Astrophysik der Universität Wien die Forschungsarbeit zum Thema fort.

Die Daten zu der jetzt vorgestellten Studie wurden zu einem Großteil durch die beiden Satelliten MOST und CoRoT und einige Observatorien auf der Erde aufgenommen. Der kanadische Mikro-Satellit MOST (Microvariability and Oscillations of STars) wurde vor über elf Jahren gestartet, ist nur so groß wie ein Koffer und hat über all die Jahre immer wieder junge Sterne vermessen. Am Dach des Instituts für Astrophysik der Universität Wien gibt es seit 2003 eine Bodenstation, die täglich mit MOST kommuniziert, um seine neuen Daten auf die Erde zu senden.

Die Hauptaufgabe des im Dezember 2006 gestarteten europäischen Satelliten CoRoT (Convection, Rotation and Planetary Transits) war es, Planeten in anderen Sonnensystemen zu entdecken und die Schwingungen älterer Sterne zu untersuchen. CoRoT hat im Juni 2013 seinen Dienst eingestellt. Der zweite Teil der Daten - hochaufgelöste Spektren der Sterne - wurde an Observatorien auf der Erde aufgenommen, unter anderem mit dem Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte (ESO).

Über ihre Ergebnisse berichten die Astronomen jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift Science.

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siehe auch
Asteroseismologie: Die innere Rotation einer fernen Sonne - 7. August 2013
CoRoT: Mission des Planetenjägers beendet - 26. Juni 2013
Kepler: Die innere Rotation von Riesensternen - 11. Dezember 2011
Kepler: Echos aus dem Kern eines Roten Riesen - 6. April 2011
Astroseismologie: Beobachtungen im Inneren eines pulsierenden Sterns - 21. Mai 2002
Astroseismologie: Der Sound von Alpha Centauri A - 29. Juni 2001
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