Astronomen führen die bisher umfassendste Studie über die magnetische Aktivität junger Sterne durch

Astronomen haben die bisher umfassendste Studie darüber durchgeführt, wie magnetisch aktiv Sterne sind, wenn sie jung sind. Dies gibt Wissenschaftlern einen Einblick, wie Röntgenstrahlen von Sternen wie der Sonne, die jedoch Milliarden Jahre jünger sind, die Atmosphären von Planeten, die sie umkreisen, teilweise oder vollständig verdampfen könnten.

Viele Sterne beginnen ihr Leben in „offenen Sternhaufen“, locker gepackten Sternhaufen mit bis zu einigen tausend Mitgliedern, die sich alle ungefähr gleichzeitig gebildet haben. Dies macht offene Sternhaufen für Astronomen wertvoll, die die Entwicklung von Sternen und Planeten untersuchen, da sie die Untersuchung vieler Sterne ähnlichen Alters ermöglichen, die in derselben Umgebung entstanden sind.

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Konstantin Getman von der Penn State University untersuchte eine Stichprobe von über 6.000 Sternen in 10 verschiedenen offenen Sternhaufen mit einem Alter zwischen 7 Millionen und 25 Millionen Jahren. Eines der Ziele dieser Studie war es herauszufinden, wie sich die magnetische Aktivität von Sternen wie unserer Sonne in den ersten zehn Millionen Jahren nach ihrer Entstehung ändert. Getman und seine Kollegen nutzten für diese Studie das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA, da Sterne, die eine stärkere Aktivität im Zusammenhang mit Magnetfeldern aufweisen, in Röntgenstrahlen heller sind.

Ein Papier, das die Ergebnisse des Teams beschreibt, wurde in der August-Ausgabe von veröffentlicht Das Astrophysikalische Journal und ist online verfügbar. Co-Autoren der Veröffentlichung sind Eric D. Feigelson und Patrick S. Broos von der Penn State University, Gordon P. Garmire vom Huntingdon Institute for X-ray Astronomy, Michael A. Kuhn von der University of Hertsfordshire, Thomas Preibisch von der Ludwig-Maximilians- Universitat und Vladimir S. Airapetian vom Goddard Space Flight Center der NASA.

Dieses zusammengesetzte Bild zeigt einen dieser Haufen, NGC 3293, der 11 Millionen Jahre alt ist und sich etwa 8.300 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Milchstraße befindet. Das Bild enthält Röntgenstrahlen von Chandra (lila) sowie Infrarotdaten vom Herschel Space Observatory der ESA (rot), längerwellige Infrarotdaten vom ausgemusterten Spitzer-Weltraumteleskop der NASA (blau und weiß) und optische Daten von MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop am La-Silla-Observatorium der ESO in Chile in Rot, Weiß und Blau.

Die Forscher kombinierten die Chandra-Daten zur Aktivität der Sterne mit Daten des ESA-Satelliten Gaia – nicht im neuen Kompositbild zu sehen – um zu bestimmen, welche Sterne sich in den offenen Haufen und welche im Vorder- oder Hintergrund befinden. Das Team identifizierte fast tausend Mitglieder des Clusters.

Sie kombinierten ihre Ergebnisse für die offenen Sternhaufen mit zuvor veröffentlichten Chandra-Studien von bis zu 500.000 Jahre alten Sternen. Das Team fand heraus, dass die Röntgenhelligkeit junger, sonnenähnlicher Sterne in den ersten paar Millionen Jahren ungefähr konstant ist und dann im Alter von 7 bis 25 Millionen Jahren abnimmt. Diese Abnahme erfolgt schneller für kräftigere Sterne.

Um diesen Rückgang der Aktivität zu erklären, nutzte Getmans Team das Verständnis der Astronomen über das Innere der Sonne und sonnenähnliche Sterne. Magnetfelder in solchen Sternen werden durch einen Dynamo erzeugt, ein Prozess, der die Rotation des Sterns sowie Konvektion, das Aufsteigen und Fallen von heißem Gas im Inneren des Sterns, beinhaltet.

Um das Alter von NGC 3293 herum werden die Dynamos sonnenähnlicher Sterne viel weniger effizient, weil ihre Konvektionszonen mit zunehmendem Alter kleiner werden. Bei Sternen mit geringerer Masse als der Sonne ist dies ein relativ allmählicher Prozess. Bei massereicheren Sternen erlischt ein Dynamo, weil die Konvektionszone der Sterne verschwindet.

Wie aktiv ein Stern ist, wirkt sich direkt auf die Entstehungsprozesse von Planeten in der Gas- und Staubscheibe aus, die alle entstehenden Sterne umgibt. Die ungestümsten, magnetisch aktivsten jungen Sterne räumen schnell ihre Scheiben ab und stoppen das Wachstum von Planeten.

Diese in Röntgenstrahlen gemessene Aktivität wirkt sich auch auf die potenzielle Bewohnbarkeit der Planeten aus, die nach dem Verschwinden der Scheibe entstehen. Wenn ein Stern extrem aktiv ist, wie bei vielen NGC 3293-Sternen in den Chandra-Daten, dann sagen Wissenschaftler voraus, dass er Planeten in seinem System mit energiereicher Röntgenstrahlung und ultraviolettem Licht sprengen wird. In einigen Fällen könnte dieses hochenergetische Sperrfeuer dazu führen, dass ein erdgroßer Gesteinsplanet innerhalb weniger Millionen Jahre einen Großteil seiner ursprünglichen, wasserstoffreichen Atmosphäre durch Verdunstung verliert. Es könnte auch eine kohlendioxidreiche Atmosphäre entfernen, die sich später bildet, es sei denn, sie wird durch ein Magnetfeld geschützt. Unser Planet besitzt ein eigenes Magnetfeld, das ein solches Ergebnis für die Erde verhindert hat.