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Starke Magnetfelder in M-Zwergen

Göttingen Starke Magnetfelder in M-Zwergen

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Uni Göttingen hat unerwartet starke Magnetfelder auf einigen Sternen entdeckt. Dabei handelt es sich um sogenannte schnell rotierenden M-Zwerge. M-Zwerge sind die zahlreichsten Sterne in unserer Galaxie mit Massen zwischen 0,5 und 0,1 Sonnenmassen.

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Ansgar Reiners (links), Denis Shulyak

Quelle: r

Göttingen. Lange Zeit nahm Wissenschaftler an, dass der Dynamo in diesen Sternen bei einer maximalen Magnetfeldstärke von ungefähr vier Kilogauss (kG) saturiert (gesättigt ist), wenn die Rotation des Sterns eine bestimmte Rate überschreitet. Indem sie exakte Beobachtungen und die neuesten Modelle verwendeten, entdeckten die Forscher, dass einige voll konvektive M-Zwerge sogar viel stärkere Magnetfelder von bis zu sieben kG 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 kG produzieren können. Die Studie beweist erstmals, dass der Dynamo in voll konvektiven M-Zwergen Magnetfelder generiert, die sich nicht nur in der Geometrie großflächiger Komponenten unterscheiden, sondern auch in der magnetischen Gesamtenergie.

M-Zwerge sind die zahlreichsten Sterne in unserer Galaxie mit Massen zwischen 0,5 und 0,1 Sonnenmassen. Viele zeigen Oberflächenaktivität ähnlich unserer Sonne und produzieren „flares“, hohe Röntgenflüsse und großflächige Magnetfelder. All diese Phänomene resultieren aus einem 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 verschiedene Aktivitätsindikatoren (wie zum Beispiel der Röntgenfluss) bei Sternen mit Rotationsperioden kürzer als einige Tage saturieren. Für Sterne, die langsamer rotieren, verringert sich die Aktivität allmählich. Man nimmt an, dass durch die enge empirische Korrelation zwischen Röntgenfluss und magnetischem Fluss auch die stellaren Magnetfelder bei Werten um vier kG saturieren. „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 das bisher stärkste Magnetfeld von ungefähr sieben kG im M-Zwerg WX UMa und Felder zwischen fünf und sechs KG in drei weiteren Sternen. All diese Werte liegen weit jenseits des bisher angenommenen Sättigungswerts von vier kG. „WX UMa ist zehnmal kleiner als die Sonne, generiert aber ein durchschnittliches Magnetfeld, das um den Faktor hundert stärker ist“, sagt Prof. Ansgar Reiners vom Institut für Astrophysik. „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 kG 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“, berichtet Shulyak.   r

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