Rote Zwerge: Sternenzwerge mit Riesenausbrüchen
© Artwork Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI). Science Credit: NASA, ESA, A. Kowalski (University of Washington, USA), R. Osten and K. Sahu (STScI) and S. Hawley (University of Washington, USA) / Flaring red dwarf star (artist's impression) / CC BY 4.0 CC BY (Ausschnitt)
Das Weltraumteleskop Hubble sollte im Jahre 2006 für eine Woche Ausschau nach Exoplaneten um rote Zwergsterne halten. Exoplaneten wurden zwar keine gefunden, dafür konnte das Teleskop rund 100 starke stellare Ausbrüche auf den Roten Zwergen festhalten. Das Programm hieß SWEEPS, Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search.
Für die Planetensuche beobachtete Hubble eine Region im Sternbild Schütze in der Nähe der zentralen Aufwölbung unseres Milchstraßensystems, dem Bulge. Rote Zwerge sind die häufigsten Sterne im Universum und ihre Massen reichen von rund acht Prozent der Sonnenmasse bis hin zu etwa 40 Prozent. Sie erreichen nur einen winzigen Bruchteil der Leuchtkraft unserer Sonne und leuchten wegen ihrer relativ geringen Oberflächentemperaturen in einem stark rötlichen Licht. Rote Zwerge sind im Allgemeinen nur wenig größer als der Planet Jupiter in unserem Sonnensystem. Sie sind sehr langlebig und finden sich besonders häufig in galaktischen Regionen, in denen schon seit vielen Milliarden Jahren kaum noch Sternentstehung stattfindet und die massereicheren Sterne bereits ausgebrannt sind. Eine solche Region ist der galaktische Bulge.
Insgesamt 215 000 Rote Zwerge konnte das Weltraumteleskop im Bulge beobachten und während der einwöchigen Beobachtungszeit ereigneten sich rund 100 stellare Ausbrüche, so genannte Flares. Sie steigerten in kurzer Zeit meist nur für wenige Minuten die Helligkeit des betroffenen Zwergsterns um bis zu zehn Prozent. Manche Sterne brachen auch mehrmals im Beobachtungszeitraum aus, wie das Forscherteam um Rachel Osten am Space Telescope Science Institute in Baltimore um US-Bundesstaat Maryland feststellte.
Die Flares sind plötzliche Ausbrüche heißen Plasmas, die aus der Sternoberfläche hervorbrechen, wenn sich die Feldlinien starker lokaler Magnetfelder zunächst verdrillen und schließlich "reißen". Dann schließen sie sich auf einem niedrigeren Energieniveau erneut zusammen und die dabei freiwerdende Energie heizt lokal die äußeren Schichten des Sterns auf. Da werden durch große Mengen an ultravioletter, Röntgen- und Gammastrahlung frei. In Extremfällen schließen sich die Feldlinien nicht sofort, sondern treiben nach außen und reißen große Mengen an Plasma aus der Sternoberfläche. Dadurch entsteht ein koronaler Materieauswurf, der große Mengen heißen Plasmas ins All schleudert.
Bei den Untersuchungen zeigte sich, dass periodisch veränderliche Sterne, deren Helligkeit also in einem annähernd festen Rhythmus schwankt, besonders anfällig für derartige Ausbrüche sind. Die Wahrscheinlichkeit liegt bei ihnen etwa tausend Mal so hoch wie bei einem konstant leuchtenden Roten Zwerg. Die variablen Roten Zwerge rotieren sehr rasch und weisen tiefe Konvektionszonen auf, wo Partien heißen Gases aufsteigen und kühlere absinken. Dadurch besitzen viele von ihnen starke Magnetfelder, die deutlich stärker sind als dasjenige der wesentlich massereicheren und größeren Sonne.
Durch die starken Magnetfelder bilden sich riesige Sternflecken, die den Sonnenflecken auf unserem Zentralgestirn ähneln. In den Sonnenflecken behindern lokale Magnetfelder den Energiefluss aus dem Sterninneren, so dass sie rund 1000 Grad kühler sind als ihre Umgebung. Durch den Kontrast zur umgebenden Sonnenoberfläche erscheinen sie dunkel. Während Sonnenflecken auf der Sonne meist weniger als ein Prozent der Sternoberfläche bedecken, können Sternflecke auf den Roten Zwergen bis zur Hälfte der Gesamtoberfläche einnehmen. Am Rande dieser Sternflecken kommt es dann zu den starken Ausbrüchen, wenn sich die lokalen Magnetfelder verknäulen.
Da Rote Zwerge die häufigsten Sterne im Universum sind, wäre der Nachweis von möglichen bewohnbaren Exoplaneten von besonderem Interesse. Bislang wurden aber nur in sehr wenigen Fällen Exoplaneten um Rote Zwerge nachgewiesen. Bei allen handelte es sich bislang um Gasriesen von Neptun- bis hin zu Jupitergröße. Ein Flare-Stern als Zentralgestirn würde jedoch auch einen sonst von seinen Parametern für Leben geeigneten Planeten unbewohnbar machen, da die Strahlung der Flares seine Oberfläche immer wieder mit energiereicher Strahlung verheeren würde.
Tilmann Althaus
Für die Planetensuche beobachtete Hubble eine Region im Sternbild Schütze in der Nähe der zentralen Aufwölbung unseres Milchstraßensystems, dem Bulge. Rote Zwerge sind die häufigsten Sterne im Universum und ihre Massen reichen von rund acht Prozent der Sonnenmasse bis hin zu etwa 40 Prozent. Sie erreichen nur einen winzigen Bruchteil der Leuchtkraft unserer Sonne und leuchten wegen ihrer relativ geringen Oberflächentemperaturen in einem stark rötlichen Licht. Rote Zwerge sind im Allgemeinen nur wenig größer als der Planet Jupiter in unserem Sonnensystem. Sie sind sehr langlebig und finden sich besonders häufig in galaktischen Regionen, in denen schon seit vielen Milliarden Jahren kaum noch Sternentstehung stattfindet und die massereicheren Sterne bereits ausgebrannt sind. Eine solche Region ist der galaktische Bulge.
Insgesamt 215 000 Rote Zwerge konnte das Weltraumteleskop im Bulge beobachten und während der einwöchigen Beobachtungszeit ereigneten sich rund 100 stellare Ausbrüche, so genannte Flares. Sie steigerten in kurzer Zeit meist nur für wenige Minuten die Helligkeit des betroffenen Zwergsterns um bis zu zehn Prozent. Manche Sterne brachen auch mehrmals im Beobachtungszeitraum aus, wie das Forscherteam um Rachel Osten am Space Telescope Science Institute in Baltimore um US-Bundesstaat Maryland feststellte.
Die Flares sind plötzliche Ausbrüche heißen Plasmas, die aus der Sternoberfläche hervorbrechen, wenn sich die Feldlinien starker lokaler Magnetfelder zunächst verdrillen und schließlich "reißen". Dann schließen sie sich auf einem niedrigeren Energieniveau erneut zusammen und die dabei freiwerdende Energie heizt lokal die äußeren Schichten des Sterns auf. Da werden durch große Mengen an ultravioletter, Röntgen- und Gammastrahlung frei. In Extremfällen schließen sich die Feldlinien nicht sofort, sondern treiben nach außen und reißen große Mengen an Plasma aus der Sternoberfläche. Dadurch entsteht ein koronaler Materieauswurf, der große Mengen heißen Plasmas ins All schleudert.
Bei den Untersuchungen zeigte sich, dass periodisch veränderliche Sterne, deren Helligkeit also in einem annähernd festen Rhythmus schwankt, besonders anfällig für derartige Ausbrüche sind. Die Wahrscheinlichkeit liegt bei ihnen etwa tausend Mal so hoch wie bei einem konstant leuchtenden Roten Zwerg. Die variablen Roten Zwerge rotieren sehr rasch und weisen tiefe Konvektionszonen auf, wo Partien heißen Gases aufsteigen und kühlere absinken. Dadurch besitzen viele von ihnen starke Magnetfelder, die deutlich stärker sind als dasjenige der wesentlich massereicheren und größeren Sonne.
Durch die starken Magnetfelder bilden sich riesige Sternflecken, die den Sonnenflecken auf unserem Zentralgestirn ähneln. In den Sonnenflecken behindern lokale Magnetfelder den Energiefluss aus dem Sterninneren, so dass sie rund 1000 Grad kühler sind als ihre Umgebung. Durch den Kontrast zur umgebenden Sonnenoberfläche erscheinen sie dunkel. Während Sonnenflecken auf der Sonne meist weniger als ein Prozent der Sternoberfläche bedecken, können Sternflecke auf den Roten Zwergen bis zur Hälfte der Gesamtoberfläche einnehmen. Am Rande dieser Sternflecken kommt es dann zu den starken Ausbrüchen, wenn sich die lokalen Magnetfelder verknäulen.
Da Rote Zwerge die häufigsten Sterne im Universum sind, wäre der Nachweis von möglichen bewohnbaren Exoplaneten von besonderem Interesse. Bislang wurden aber nur in sehr wenigen Fällen Exoplaneten um Rote Zwerge nachgewiesen. Bei allen handelte es sich bislang um Gasriesen von Neptun- bis hin zu Jupitergröße. Ein Flare-Stern als Zentralgestirn würde jedoch auch einen sonst von seinen Parametern für Leben geeigneten Planeten unbewohnbar machen, da die Strahlung der Flares seine Oberfläche immer wieder mit energiereicher Strahlung verheeren würde.
Tilmann Althaus
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