Rote Zwerge sind die am häufigsten vorkommenden Sterne in der Milchstraße und machen 70 % aller Sterne aus.
Aber die Physik ihres Inneren ist nicht gut verstanden. Wärme wird im Kern erzeugt und wandert nach außen zur Oberfläche, aber es ist nicht klar, ob dieser Prozess durch Strahlung, Konvektion oder eine Kombination aus beidem erfolgt. Der Schlüsselfaktor, der bestimmt, ob Rote Zwerge strahlungs- oder konvektionsdominiert sind, ist die Opazität des inneren Wasserstoffs.
Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) untersuchen mit der National Ignition Facility, dem größten und energiereichsten Laser der Welt, die Opazität von Wasserstoff unter den extremen Drücken und relativ niedrigen Temperaturen, die im Inneren von Roten Zwergen zu finden sind. Die Forschung erscheint in der Zeitschrift, Physik der Plasmen.
Rote Zwerge sind sehr massearme Sterne. Infolgedessen haben sie relativ niedrige Drücke, eine niedrige Schmelzrate und eine niedrige Temperatur. Die erzeugte Energie ist das Produkt der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium über den Proton-Proton (PP)-Kettenmechanismus. Diese Sterne geben relativ wenig Licht ab.
In ihrer Veröffentlichung schlagen LLNL-Wissenschaftler und Mitarbeiter ein neuartiges Implosionsexperiment am NIF vor, um die Opazität von dichtem Wasserstoff aufgrund der Free-Free-Absorption zu messen, von der angenommen wird, dass sie der vorherrschende Absorptionsmechanismus für diese Umgebung ist. Um dies zu erreichen, wird die Implosionsgeschwindigkeit erheblich reduziert, um kältere Plasmatemperaturen zu erreichen, als sie für selbsterhaltende Trägheitseinschluss-Fusionsreaktionen erforderlich sind, und der hochdichte Wasserstoff wird durch Röntgenradiographie untersucht.
Es wird angenommen, dass die kleinsten Roten Zwerge vollständig konvektiv sind. Dabei werden die Fusionsreaktionen im Kern permanent durch Wasserstoff aus den äußeren Schichten nachgespeist. In Kombination mit den niedrigen Fusionsraten aufgrund der relativ niedrigen Kerntemperaturen ermöglicht die Konvektion möglicherweise, dass einige Rote Zwerge Billionen von Jahren überdauern, bis der gesamte Wasserstoffbrennstoff verbraucht ist.
Die innere Struktur eines Sterns hat großen Einfluss auf die Aktivität seiner Oberfläche. Die Grenze zwischen einem Strahlungskern und einer Konvektionsschicht kann zu starken Magnetfeldern und einer turbulenten Atmosphäre führen, einschließlich Strahlungs- und Plasmaausbrüchen, die das Leben auf nahe gelegenen Planeten bedrohen können.
„Aber auch ein kleiner Strahlungskern kann sein Verhalten stark verändern und seine Existenz hängt entscheidend von der Effektivität des Strahlungstransports in hochkomprimierter Materie ab“, sagt LLNL-Co-Autor Tilo Doeppner. „Das Verständnis der Strahlungseigenschaften der komplexen Plasmen innerhalb eines Wirtssterns ist entscheidend, wenn es darum geht, die Möglichkeit zu beurteilen, dass ein Exoplanet Leben beherbergt – insbesondere für Rote Zwerge, bei denen angenommen wird, dass sich die bewohnbare Zone aufgrund der geringen Oberfläche relativ nahe am Stern selbst befindet Temperatur.“
J. Lütgert et al, Plattform zur Untersuchung der Strahlungstransporteigenschaften von Wasserstoff unter Bedingungen, die im tiefen Inneren von Roten Zwergen gefunden wurden, Physik der Plasmen (2022). DOI: 10.1063/5.0094579