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WEISSE ZWERGE
Magnetische Weiße Zwerge älter als angenommen?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Göttingen
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21. Oktober 2014

Einige Weiße Zwerge könnten älter sein, als man bislang geglaubt hatte. Astronomen haben nämlich herausgefunden, dass das Alter der meisten magnetischen Weißen Zwerge möglicherweise unterschätzt wird, da deren starkes Magnetfeld das Abkühlen der Sterne beeinflusst. Dies könnte zu einer ganz neuen Interpretation des Abkühlverhaltens solcher Weißen Zwerge führen.

Weißer Zwerg

Verhältnis zwischen Magnetfeldern (rot) und Temperatur (grau) auf der Oberfläche des Weißen Zwerges WZ 1953-011 in verschiedenen Rotationsphasen.  Bild: Universität Göttingen  [Großansicht]

Weiße Zwerge sind die Überbleibsel von Sternen, deren Masse in etwa der Masse unserer Sonne entspricht. Es handelt sich um das Endstadium in der Entwicklung dieser Sterne. Da im Inneren eines Weißen Zwerges keine Kernfusion stattfindet, kühlen sie sich immer weiter ab - ähnlich wie ein Topf mit heißem Wasser, der von der Kochplatte genommen wird. Es besteht daher ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Oberflächentemperatur und dem Alter des Weißen Zwerges.

Besitzt der Vorläufer eines Weißen Zwerges ein Magnetfeld, wird dieses durch den Kontraktionsprozess bei seiner Entwicklung hin zu einem WZ um mehrere Größenordnungen verstärkt. Auf diese Weise entstehen sogenannte magnetische Weiße Zwerge. Da Magnetfelder mit der Zeit abklingen und sich die Oberflächentemperatur von Weißen Zwergen während ihrer Abkühlung verringert, könnte man erwarten, dass mehr Weiße Zwerge mit geringen oder nicht vorhandenen Magnetfeldern bei kühleren Temperaturen existieren.

Das Gegenteil scheint allerdings der Fall zu sein: Wissenschaftler fanden heraus, dass das Magnetfeld möglicherweise die globale Oberflächenkonvektion in kalten magnetischen Weißen Zwergen kontrolliert. "Bei der Analyse der Lichtvariabilität des kalten Weißen Zwerges WZ 1953-011 haben wir einen direkten Zusammenhang zwischen der lokalen Magnetfeldstärke und der Oberflächentemperatur gefunden", erklärt Dr. Denis Shulyak vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen, der an den Untersuchungen beteiligt war.

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Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass das Magnetfeld die atmosphärische Konvektion unterdrückt, wodurch auf der Oberfläche des Sterns dunkle Flecken in den magnetisch aktiven Regionen entstehen, ähnlich wie Sonnenflecken. Im Unterschied zu Sonnenflecken jedoch, die eine kurze Lebensdauer von einigen Wochen bis Monaten haben, sind die magnetischen Verhältnisse und ihre assoziierten Temperaturen auf WZ 1953-011 seit mindestens zehn Jahren unverändert und damit äußerst stabil. "Aus diesem Grund sollte die Mehrheit von konvektiven magnetischen Weißen Zwergen photometrische Variabilität zeigen. Und das haben Astronomen in der Tat auch beobachtet", so Shulyak.

Ein so starkes globales Magnetfeld ist in der Lage, konvektive Strömungen auf der gesamte Oberfläche und selbst tief im Inneren des Stern zu bremsen. "In Weißen Zwergen mit Oberflächentemperaturen unterhalb von etwa 12.000 Kelvin transportiert die Konvektion einen erheblichen Teil des gesamten Energieflusses von tieferen Schichten zur Oberfläche. Dessen Unterdrückung durch starke Magnetfelder vermindert somit die Leuchtkraft", erklärt Shulyak.

"Wenn man jetzt noch bedenkt, dass die Abkühlungszeit von WZ invers proportional zu ihrer Leuchtkraft ist, dann sollten Objekte mit global unterdrückter Konvektion längere Abkühlungszeiten als ihre nicht-magnetischen Zwillinge haben. Daher liefert die magnetische Unterdrückung der Abkühlung eine natürliche Erklärung für die erhöhte Anzahl von magnetischen Weißen Zwergen bei kühleren Temperaturen, wo Konvektion der dominierende Energietransportmechanismus ist. Dieses Ergebnis stimmt vollkommen mit theoretischen Vorhersagen überein", erläutert Shulyak.

Die Analyse der photometrischen Variabilität von magnetischen Weißen Zwergen und deren unerwartet hohen Häufigkeit, verglichen mit nicht-magnetischen Sternen, sowie ihre hohe Dispersion der räumlichen Geschwindigkeiten (welche Information über das Alter des Sterns enthält) deuten unmittelbar auf die Existenz von magnetischer Unterdrückung der Abkühlung in stark magnetischen, isolierten Weißen Zwergen hin.

"Wenn wir uns den Weißen Zwerg als einen Topf mit heißem Wasser vorstellen, der zum Abkühlen auf einem Tisch steht, dann wird ein Deckel seine Abkühlung verlangsamen. Starke Magnetfelder in Weißen Zwergen fungieren als eine Art Deckel, die deren Konvektion und damit deren Wärmeverlust unterdrücken. Unsere Ergebnisse implizieren, dass das Alter der meisten magnetischen und kühlen magnetische Weiße Zwerge unterschätzt wird", meint Shulyak.

Dies könnte, so der Wissenschaftler, zu einer neuen Interpretation des Ablaufs der Abkühlung in magnetischen Weißen Zwergen führen, was wiederum auch Folgen für das Verständnis der Entwicklung der Galaxie haben könnte.

Über die Ergebnisse der aktuellen Studie berichten die Wissenschaftler jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift Nature.

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siehe auch
Weiße Zwerge: Erstmals Krypton und Xenon nachgewiesen - 2. Juli 2012
FUSE: Heißester Weißer Zwerg entdeckt - 12. Dezember 2008
FUSE: Missionsende nach über acht Jahren - 9. Oktober 2007
Sterne: Das Geheimnis der wasserstofflosen Zwerge - 11. September 2007
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