Sonnenflecken-Probleme alter Sterne

Durch Magnetfelder verursachte Sonnenflecken plagen unsere Sonne schon seit Ewigkeiten. Ihre Häufigkeit ändert sich ungefähr alle elf Jahre, aber auch im schlimmsten Fall bedecken sie nie mehr als 0,4 Prozent der Sonnenoberfläche.  Allerdings ist die Sonne ziemlich groß, was man auch daran erkennt, dass ein Sonnenfleck gern mal so groß wie der komplette Querschnitt der Erde sein kann.

Die Sonne ist im kosmischen Vergleich aber nur ein kleines Licht, und so, wie es Menschen mit mehr und mit weniger Sommersprossen gibt, gibt es auch Sterne, die besonders viele Flecken haben. Unter Umständen wird unsere Sonne in gut fünf Milliarden Jahren selbst einmal zu einem solchen Problem-Stern; im Mittel trifft das etwa jeden zehnten Stern mit der ungefähren Masse der Sonne.

Was passiert dann? Im unvermeidlichen Stadium als Roter Riese, in dem sich die Sonne auch die Erde einverleiben wird, besteht ihr Kern aus Helium. Doch darin ist es zu kalt, um das Helium zu Kohlenstoff umzuwandeln. Nur die Wasserstoff-Hülle erzeugt noch Energie. Darum ist so ein Roter Riese verhältnismäßig kühl. Aber irgendwann hat sich im Zentrum so viel Helium angesammelt, dass Druck und Temperatur weit gestiegen sind, um nun auch Kohlenstoff zu erzeugen. Es gibt einen plötzlichen Helium-Flash, und, trara, frische Energie! Der alte Stern blüht ganz neu auf, heißer als je zuvor, wenn auch ein bisschen kleiner als zuvor. Der Stern ist auf dem sogenannten Horizontal-Ast gelandet, was sich auf das Hertzsprung-Russell-Diagramm bezieht. Der Horizontal-Ast liegt etwa in der Mitte, und er verläuft, Überraschung, waagerecht.

Der Stern, der so weit gekommen ist, landet nun in der Regel umso weiter links und brennt umso heißer, je geringer seine Metallizität ist, umso weniger Atome schwerer als Helium er also enthält. Ganz extreme Vertreter des Horizontal-Asts findet man oft in Kugelsternhaufen. Astronomen der Europäischen Südsternwarte haben an ihnen ein paar interessante Beobachtungen gemacht und in Nature Astronomy veröffentlicht. Bei der Untersuchung von drei verschiedenen Kugelsternhaufen stellten die Autoren der Studie fest, dass viele der darin enthaltenen extremen Horizontal-Ast-Sterne im Laufe von nur wenigen Tagen bis zu mehreren Wochen regelmäßige Helligkeitsänderungen aufwiesen.

„Nachdem alle anderen Szenarien eliminiert worden waren, gab es nur noch eine einzige Möglichkeit, die beobachteten Helligkeitsschwankungen zu erklären“, folgert Simone Zaggia, eine Mitautorin der Studie vom Astronomischen Observatorium des INAF in Padua in Italien und ehemalige ESO-Stipendiatin: „Diese Sterne müssen von Flecken bedeckt sein!“

Flecken auf extremen Horizontal-Ast-Sternen scheinen ganz anders zu sein als die dunklen Sonnenflecken auf der Sonne. Aber beide werden durch Magnetfelder verursacht. Die Flecken auf diesen heißen, extremen Sternen sind heller und heißer als die umgebende Sternoberfläche, im Gegensatz zur Sonne, wo wir Flecken als dunkle Verfärbungen auf der Sonnenoberfläche sehen, die kühler sind als ihre Umgebung. Die Flecken auf extremen Horizontal-Ast-Sternen sind auch deutlich größer als Sonnenflecken und diese Problemzonen bedecken bis zu einem Viertel der Sternoberfläche.

Dabei sind die Flecken unglaublich beständig und halten jahrzehntelang, während Sonnenflecken nur einige Tage bis Monate überdauern. Während die heißen Sterne rotieren, erscheinen und verschwinden die Flecken auf der Oberfläche und verursachen die sichtbaren Helligkeitsveränderungen. Schließlich entdeckte das Team auch einige extreme Horizontal-Ast-Sterne, die Superflares zeigten – plötzliche Energieausbrüche und ein weiteres Anzeichen für die Existenz eines Magnetfeldes. „Sie ähneln den Flares, die wir auf unserer Sonne sehen, sind aber zehnmillionenmal energiereicher“, sagt der Mitautor der Studie, Henri Boffin, ein Astronom im deutschen Hauptsitz der ESO.

Falls die Menschheit in fünf Milliarden Jahren auf Titan oder Triton ausgewandert sein sollte, wäre es also gut, würde die Sonne nicht zu diesen extremen Vertretern gehören.

Auf Sternen im extremen Horizontalast nehmen Flecken bis zu einem Viertel der Oberfläche ein (Bild: ESO/L. Calçada, INAF-Padua/S. Zaggia)

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