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Erstmals
Magnetfeld in Zentralstern entdeckt
Redaktion
astronews.com
4. Januar 2005
Warum
sehen Planetarische Nebel, jene farbenprächtigen und formschönen Überreste
sonnenähnlicher Sterne, so aus wie sie aussehen? Als Ursache für ihre
eigentümliche Form hatten die Astronomen immer schon starke Magnetfelder in
Verdacht, doch fehlte bis jetzt der Nachweis. Dieser gelang nun einem deutschen
Astronomenteam mit Hilfe des Very Large Telescope.
Beindruckende Formenvielfalt: Ein Nebel mit bipolarer Struktur (NGC
2899, oben) und ein kreisrunder Planetarischer Nebel (Abell 20).
Fotos: ESO / WIYN / NOAO / NSF / Universität Tübingen
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Einem Team von Astronomen der Universitäten Heidelberg, Tübingen und
Erlangen-Nürnberg ist es erstmals gelungen, Magnetfelder in Zentralsternen
Planetarischer Nebel nachzuweisen. Planetarische Nebel sind expandierende
Gashüllen, die sonnenähnliche Sterne am Ende ihres Lebens abgestoßen haben. Es
ist immer noch ein Rätsel, warum die meisten dieser ästhetisch aussehenden Nebel
nicht einfach kugelförmig sind.
Schon lange wurde spekuliert, dass Magnetfelder
einen entscheidenden Einfluss auf die Formgebung haben. Das Team hat nun
erstmals einen direkten Hinweis darauf gefunden, dass Magnetfelder tatsächlich
die Formen dieser bemerkenswerten Gebilde ausprägen können.
Planetarische Nebel werden von sonnenähnlichen Sternen erzeugt, die am Ende
ihres Lebens zu roten Riesensternen geworden sind. In dieser Phase haben die
Sterne ihren Durchmesser etwa 100-fach vergrößert und ihre äußere Gashülle
abgestoßen. Das Gas bewegt sich immer weiter von dem Zentralstern fort. Man
glaubt, dass ein Planetarischer Nebel entsteht, wenn ein schneller Materiewind
vom Zentralstern die in früheren Phasen abgestoßene, langsam expandierende
Gashülle wie ein Schneepflug zusammenschiebt.
Die Atome in der so entstandenen
Nebelschale werden durch den Zentralstern zum Leuchten angeregt und lassen so
den Nebel sichtbar werden. Die beobachteten Formen können sehr eigenartig sein.
Meist sind sie elliptisch oder bipolar und nicht, wie man erwarten könnte,
einfach kugelförmig.
Drei Möglichkeiten wurden bisher diskutiert, um das Aussehen der
nicht-kugelförmigen Nebel zu erklären. Erstens könnte der Zentralstern so
schnell rotieren, dass durch die Zentrifugalkräfte die Gashülle vorwiegend am
Äquator abgestoßen wird. Ein anderer Grund könnten Gravitationskräfte sein, die
durch einen engen Begleitstern ausgeübt werden. Die dritte und am häufigsten
diskutierte Möglichkeit ist der Einfluss eines Magnetfeldes, das seinen Ursprung
im Stern hat.
Magnetfelder können durch den Dynamoeffekt in Sternen erzeugt
werden. Voraussetzung dafür ist, dass der Stern nicht wie ein starrer Körper
rotiert, sondern mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in unterschiedlichen
Tiefen, so wie es bei unserer Sonne der Fall ist. Das Magnetfeld eines Roten
Riesen, der einen Planetarischen Nebel abstößt, kann so entstehen bzw. auch
schon lange Zeit vorher, in der Jugendphase des Sterns, entstanden sein. Solche
"fossilen" Magnetfelder können Jahrmilliarden überleben, da das Sternplasma eine
extrem hohe elektrische Leitfähigkeit hat.
Der expandierende Gasnebel kann das Magnetfeld des Sterns erkennbar werden
lassen, so wie es Eisenfeilspäne bei einem Hufeisenmagneten tun. Das Gas kann
den Stern am einfachsten an den beiden magnetischen Polen verlassen und man
kann, wenn die Feldstärke hoch genug ist, auf diese Weise die bipolare Struktur
vieler Nebel erklären. Eine schöne Theorie, aber bisher konnten keine
Magnetfelder auf Zentralsternen gefunden werden. Einen ersten Hinweis gab es
2002 durch Beobachtungen mit Radioteleskopen von Gas in der Umgebung Roter
Riesen, aber der direkte Nachweis von Magnetfeldern, die ihren Ursprung im Stern
haben, stand bis heute aus.
Durch Beobachtungen an einem 8-Meter-Teleskop des Very Large Telescope
der Europäischen Südsternwarte in Chile gelang nun bei vier Zentralsternen der
Nachweis, dass deren Licht zu 0.1 Prozent polarisiert ist. Damit kann man auf
eine Magnetfeldstärke von etwa 1000 Gauß schließen – im Vergleich dazu hat das
Erdmagnetfeld eine Stärke von nur rund 1 Gauß. Diese hohe Feldstärke reicht aus,
die bipolare Struktur von planetarischen Nebeln zu erklären.
Polarisation ist eine Eigenschaft des Lichtes: Licht ist eine
elektromagnetische Welle, bei der die Schwingungen des elektrischen Feldvektors
in einer Ebene beliebiger Orientierung ablaufen. Licht ist normalerweise
unpolarisiert, die Schwingungen des Lichts haben keine Vorzugsrichtung. Licht
wird polarisiert etwa durch Reflektion an einer glatten Ebene. Fotografen
gelingt es daher durch Polarisationsfilter, solche Reflexionen im Bild zu
unterdrücken.
Ein Sternmagnetfeld erzwingt die Emission von polarisiertem Licht von
strahlenden Atomen in der Sternatmosphäre. Die Untersuchung der polarisierten
Strahlung lässt Rückschlüsse auf Stärke und Form des Magnetfeldes zu.
Magnetfelder spielen für viele astrophysikalische Objekte eine entscheidende
Rolle bei deren Bildung und Entwicklung. Der Nachweis von Magnetfeldern in den
Sternen gelingt über eine im Prinzip seit langem bekannte Methode.
Das Licht,
das von Atomen in einem Magnetfeld ausgesandt wird, ist polarisiert. Dieser von
dem Holländer Pieter Zeeman 1896 entdeckte Effekt wurde 1908 von dem Amerikaner
George Hale erstmals ausgenutzt, um das Magnetfeld der Sonne nachzuweisen. Bei
Sternen ist der Nachweis ungleich schwieriger. Die Beobachtungen müssen von
extrem guter Qualität sein, weil der Polarisationseffekt nur sehr schwach ist.
Man braucht dazu die modernsten und größten Teleskope.
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