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STERNE
Suche nach Ordnung im magnetischen Chaos
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
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17. Januar 2019

Stellare Magnetfelder entstehen aus chaotischen Plasmaströmen in der äußeren Hülle von Sternen, können aber trotzdem über längere Zeitskalen stabile und regelmäßige Strukturen zeigen. Warum das so ist, versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gerade herauszufinden. In Göttingen wird eine entsprechende Gruppe jetzt vom Europäischen Forschungsrat unterstützt.

Simulation

Computermodell der magnetischen Felder in einem schnell rotierenden, jungen Stern.  Bild: SOLSTAR@MPS [Großansicht]

Stellare Magnetfelder offenbaren ein großes Rätsel. Einerseits entstehen sie aus chaotischen Plasmaströmen in der äußeren Hülle eines Sterns in einem hydromagnetischen Dynamoprozess. Sie sind deshalb ausgesprochen vielfältig und zahlreiche Phänomene weder zeitlich noch räumlich stabil. Andererseits zeigen die Magnetfelder von Sternen über längere Zeitskalen hinweg bemerkenswert verlässliche Strukturen, die so groß wie der Stern selbst sein können und recht regelmäßigen zeitlichen Schwankungen unterliegen.

Ein Beispiel ist der elfjährige magnetische Zyklus der Sonne, in dem unser Stern mal mehr, mal weniger magnetisch aktiv ist. Herauszufinden, wie diese Ordnung neben dem Chaos bestehen kann und wie die Sterndynamos im Detail funktionieren, ist das Ziel von Dr. Maarit Käpylä, die am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Aalto Universität in Finnland forscht. Der Europäische Forschungsrat (ERC) unterstützt ihr Vorhaben, theoretische und numerische Modelle zu entwickeln, welche die entscheidenden Prozesse innerhalb der Sonne und anderer Sterne beschreiben, nun mit einem sogenannten "Consolidator Grant".

Kein Stern ist uns so vertraut wie die Sonne. Seit Jahrhunderten blicken Menschen mit Teleskopen auf unseren Stern; seit Beginn des Weltraumzeitalters liefern Raumsonden weitere, präzisere Beobachtungsdaten. Dennoch ist das komplexe magnetische Wesen der Sonne noch längst nicht vollständig entschlüsselt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler suchen nach einer theoretischen Beschreibung, die erklärt, wie die Sonnenrotation und die heißen, an die Oberfläche brodelnden Plasmaströme aus dem Innern alle magnetischen Phänomene erzeugen, die wir kennen.

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Zu diesen zählen auch die Sonnenflecken, dunkle Gebiete hoher magnetischer Feldstärke an der sichtbaren Oberfläche der Sonne, die im Laufe eines elfjährigen Sonnenzyklus zunehmend in Äquatornähe auftreten. Zwar gibt es Theorien, die das Verhalten der Sonne recht gut wiedergeben. Aber das allein reicht nicht. "Wir Menschen nehmen gerne an, dass unsere Sonne ein ganz besonderer Stern ist. Aber das stimmt nicht", gibt Käpylä zu bedenken.

Heute sind zahlreiche Sterne bekannt, die der Sonne in Bezug auf magnetische Aktivität und Rotationseigenschaften stark ähneln. Und die stellare Vielfalt umfasst noch vieles mehr: etwa jüngere Sterne, die schneller rotieren als die Sonne, deutlich aktiver sind und deren gigantische Sternflecken in Phasen hoher Aktivität bevorzugt in Polnähe auftreten; oder solche, in denen – anders als bei der Sonne - die aufsteigenden, brodelnden Plasmaströme das gesamte Innere ausfüllen. "Nur eine Theorie, die sich an all diesen Sternen bewährt, enthält die wirklich grundlegenden Mechanismen", so Käpylä.

Mithilfe des nun bewilligten "Consolidator Grants" will die Wissenschaftlerin zusammen mit ihrem Team in den nächsten fünf Jahren mit Computersimulationen eine solche Modellierung entwickeln. Eine entscheidende Rolle kommt dabei chaotischen und turbulenten Vorgängen im Sterneninnern zu, die bisherige Theorien bisher nur wenig berücksichtigen.

Mit den "Consolidator Grants" unterstützt der Europäische Forschungsrat junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bereits eine eigenständige, exzellente Forschungsgruppe aufgebaut haben und nun ihre Forschungsarbeit weiter vorantreiben wollen. Die Förderung von maximal zwei Million Euro wird für bis zu fünf Jahre gewährt.

Käpylä hat an der der Universität von Oulu in Finnland studiert und im Fachbereich Astronomie promoviert. Nach Forschungsaufenthalten in Newcastle, Toulouse und Kopenhagen, wurde sie 2005 Research Fellow der Academy of Finland an der Universität Helsinki. 2013 wechselt sie in die Abteilung "Computer Science" der finnischen Aalto Universität. Ihr Team mit dem Namen DYNAMO war eine von fünf Forschungsgruppen des Konsortiums ReSoLVE, das 2014 die angesehene Auszeichnung des Finnish Center of Excellence erhielt. Seit 2016 leitet Käpylä die Forschungsgruppe "Solare und Stellare Magnetische Aktivität" am MPS.

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siehe auch
Sonne: Verstecktes Magnetfeld im Maunderminimum? - 23. Mai 2016
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
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