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ROTE ZWERGE
Kleine Sterne mit starken Magnetfeldern
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Göttingen
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25. Juli 2017

Rote Zwerge sind die vermutlich häufigsten Sterne in der Milchstraße. Die kleinen Sonnen können dabei über ein erstaunlich starkes Magnetfeld verfügen -  insbesondere, wenn sie sich schnell um ihre eigene Achse drehen. Eine neue Studie zeigte nun, dass dieses Magnetfeld offenbar noch deutlich stärker sein kann, als man angenommen hatte.

M-Zwerg

Künstlerische Darstellung eines M-Zwergs. Bild: idw / Universität Göttingen / Mark A. Garlick / University of Warwick  [Großansicht]

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Universität Göttingen hat unerwartet starke Magnetfelder auf einigen schnell rotierenden M-Zwergen entdeckt. Lange Zeit nahm man an, dass der Dynamo in diesen Sternen, der für das Magnetfeld sorgt, bei einer maximalen Magnetfeldstärke von ungefähr vier Kilogauß gesättigt ist, wenn die Rotation des Sterns eine bestimmte Rate überschreitet. Gauß ist eine, vor allem in der Astrophysik gebräuchliche Einheit für die Stärke von Magnetfeldern (oder präziser: für die magnetische Flussdichte). Das Magnetfeld eines handelsüblichen Hufeisenmagneten hat eine Stärke von etwa 1000 Gauß.

Indem sie exakte Beobachtungen und die neuesten Modelle verwendeten, entdeckten die Forscher, dass bestimmte M-Zwerge sogar viel stärkere Magnetfelder von bis zu sieben Kilogauß generieren. Sie zeigten, dass Sterne mit starken Magnetfeldern auch die einfachste dipol-dominierte Magnetfeldgeometrie aufweisen, während Sterne mit komplexerer Geometrie keine Felder stärker als ungefähr vier Kilogauss produzieren können.

M-Zwerge sind die häufigsten Sterne in unserer Galaxie mit Massen zwischen 0,5 und 0,1 Sonnenmassen. Viele zeigen Oberflächenaktivität ähnlich unserer Sonne und produzieren sogenannte Flares, hohe Röntgenflüsse und großflächige Magnetfelder. All diese Phänomene resultieren aus einen Dynamo, der durch Rotation und Konvektion im Inneren der Sterne angetrieben wird. Die meisten Sterne mit konvektiven Hüllen folgen einer sogenannten Rotation-Aktivitäts-Relation, bei der es bei verschiedenen Aktivitätsindikatoren (wie zum Beispiel der Röntgenfluss) bei Sternen mit Rotationsperioden kürzer als einige Tagen zu einer Sättigung kommt. Für Sterne, die langsamer rotieren, verringert sich die Aktivität allmählich.

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Man nimmt an, dass durch die enge empirische Korrelation zwischen Röntgenfluss und magnetischem Fluss auch die stellaren Magnetfelder bei Werten um vier Kilogauss ihr Maximum erreichen. "Stärkere Magnetfelder wurden niemals zuvor in massearmen Sternen beobachtet, was als Beweis für die Magnetfeldsättigung angesehen wurde", berichtet Dr. Denis Shulyak vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen.

Unter Zuhilfenahme großer Datenmengen aus exakten Beobachtungen und verbesserten analytischen Methoden fanden Forscher nun das bisher stärkste Magnetfeld von ungefähr sieben Kilogauß im M-Zwerg WX UMa und Felder zwischen fünf und sechs Kilogauß in drei weiteren Sternen. All diese Werte liegen weit jenseits des bisher angenommenen Sättigungswerts von vier Kilogauß.

"WX UMa ist zehnmal kleiner als die Sonne, generiert aber ein durchschnittliches Magnetfeld, das um den Faktor hundert stärker ist", unterstreicht Prof. Dr. Ansgar Reiners vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen. "Das kommt daher, dass WX UMa ungefähr dreißigmal schneller rotiert als die Sonne und seine voll konvektive Hülle eine große Menge an kinetischer Energie liefert. Diese beiden Faktoren sind notwendig für einen effizienten Dynamo. Schnell rotierende M-Zwerge sind daher sehr aktiv, und nun wissen wir, dass einige von ihnen viel stärkere Magnetfelder produzieren, als wir dachten".

Die Forscher fanden außerdem eine Verbindung zwischen Stärke und Geometrie von Oberflächenmagnetfeldern. Sterne mit den stärksten Magnetfeldern haben einfache dipol-dominierte Felder, während Sterne mit komplexer multipol-dominierter Magnetfeldgeometrie keine Felder stärker als vier Kilogauß generieren. "Das allein ist ein sehr interessantes Ergebnis, weil es uns sagt, dass der Dynamo in voll konvektiven M-Zwergen Magnetfelder produziert, die sich nicht nur in der Geometrie ihrer großflächigen Komponenten – welche bereits aus früheren Studien bekannt ist – unterscheiden, sondern auch in ihrer magnetischen Gesamtenergie", so Shulyak.

"Zusätzlich beobachten wir, dass die Dynamo-Prozesse sich unterschiedlich in Bezug auf die Rotationsrate dieser Sterne verhalten", führt der Wissenschaftler weiter aus. "Sterne mit Multipol-Geometrie saturieren bei Perioden von weniger als vier Tagen mit einer gesättigten Magnetfeldstärke von ungefähr vier Kilogauss, während einige Sterne mit Dipol-Geometrie Oberflächenfelder aufweisen, die eindeutig stärker sind und keinen offensichtlichen Sättigungseffekt zeigen. Allerdings sind zusätzliche Beobachtungen notwendig und wir hoffen, diese Frage in zukünftigen Studien ansprechen zu können. Dennoch liefern unsere Ergebnisse bereits jetzt wichtige Beschränkungen und Herausforderungen für existierende Dynamo-Modelle."

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

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siehe auch
ALMA: Ein sehr stürmischer Roter Zwerg - 20. November 2015
Rote Zwerge: Milliarden Planeten in habitabler Zone? - 28. März 2012
Links im WWW
Georg-August-Universität Göttingen  
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