Magnetfelder ändern den Klang der Sterne

Der 11-Jahres-Zyklus der Sonne beeinflusst sehr viele beobachtbare Größen der Sonne. Auch die Frequenzen in welchen die Sonne schwingt, sowie die Amplituden dieser Schwingungen, ändern sich geringfügig, aber messbar, im Laufe eines Sonnenzyklus. Die Schwingungen der Sonne kann man sich als stehende Schallwellen im Inneren der Sonne vorstellen. Auch für sie, wie für Schallwellen hier auf der Erde, ist der Druck im Medium, in welchem die Schallwelle sich ausbreitet, die entscheidende Größe. Deshalb werden diese Schwingungen auch p Moden (p für pressure - Druck) genannt. Die Änderungen der Eigenschaften der p Moden über den Sonnenzyklus sind bedingt durch eine zeitlich variierende Stärke des Magnetfeldes in unterschiedlichen Tiefen im Sonneninnern.

In der oberen Hälfte des Diagramms sind die gemessenen Frequenzverschiebungen der Eigenschwingungen des Sterns KIC 8006161 gegen die Zeit aufgetragen. Die untere Hälfte zeigt die gemessenen Amplituden der Schwingungsmoden dieses Sterns als Funktion der Zeit.

Das NASA Weltraumteleskop Kepler hat zwischen 2009 und 2013 über 150000 Sterne kontinuierlich beobachtet. Das Hauptziel dieser Mission war es Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu entdecken. Die gleichen Daten können jedoch auch dazu verwendet werden, um Asteroseismologie - also die Untersuchung der Eigenschaften der Sterne mittels der ihnen inhärenten Oszillationen - zu betreiben.

In einer kürzlich erschienenen Studie (siehe Referenz) wurden nun die Eigenschaften der Oszillationen von 24 sonnenähnlichen Sternen, welche von Kepler beobachtet wurden, untersucht. 23 der 24 untersuchten Sterne zeigten hierbei zeitliche Variationen in den Frequenzen ihrer Oszillationen. Für 6 dieser 23 Sterne geht eine Zunahme der Frequenzen der Schwingungen einher mit einer Abnahme ihrer Amplituden. Umgekehrt geht für diese 6 Sterne eine Abnahme der Frequenzen einher mit einer Zunahme der Amplituden. Dieser Zusammenhang zwischen Frequenzen und Amplituden ist von der Sonne bekannt und dient als Hinweis dafür, dass zeitlich variierende Magnetfelder in diesen Sternen für die beobachteten Änderungen in den Eigenschaften ihrer Oszillationen verantwortlich sind.

Das deutlichste Beispiel hierfür ist im nebenstehenden Diagramm für den Stern KIC 8006161, auch Doris genannt, dargestellt.  Doris ist ein Stern, welcher der Sonne sehr ähnlich ist. Er hat eine Masse von 1,04 Sonnenmassen, einen Radius von 0,947 Sonnenradien, sowie ein Alter von 5,04 Milliarden Jahren. Die Schwingungsfrequenzen dieses Sterns nahmen über den beobachteten Zeitraum um knapp 1µHz zu. Die Amplituden der Schwingungen zeigten im gleichen Zeitraum eine deutliche Abnahme. Zum Vergleich: Die Schwingungsfrequenzen der Sonne ändern sich im Laufe ihres 11-jährigen magnetischen Aktivitätszyklus um ungefähr 0.5µHz.

Eine Erweiterung der Anzahl der Sterne mit beobachteten Aktivitätszyklen hilft dabei, die Vorgänge, welche für diese Zyklen verantwortlich sind, zu verstehen. Selbst im Falle der Sonne ist bis heute nicht abschließend geklärt, wie der Dynamo, also der Mechanismus, welcher den Sonnenzyklus erhält und antreibt, im Detail funktioniert. Hier können asteroseismische Untersuchungen anderer Sterne, wie die hier vorgestellte,  wertvolle zusätzliche Informationen liefern.

 

Referenzen:

"Stellar magnetic activity and variability of oscillation parameters: An investigation of 24 solar-like stars observed by Kepler",
R. Kiefer, A. Schad, G. Davies, M. Roth, Astronomy & Astrophysics, In press, DOI: 10.1051/0004-6361/201628469

Link: NASA ADS