Das Innere von Sternen (Originalartikel vom 10.01.2020)

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Veranschaulichung von Schwingungsmoden in der Sonne. Astronomen haben mit der Mission TESS erstmals stellare Schwingungen in Sternen mittlerer Masse untersucht.
Kosovichev et al.
Structure and Rotation of the Solar Interior: Initial Results from the MDI Medium-L Program”

Das Innere der Sterne sind großteils rätselhafte Regionen, da sie so schwer direkt zu beobachten sind. Unser Mangel an Verständnis über die dortigen physikalischen Abläufe, wie Rotation und das Durchmischen von heißem Gas, bringt beträchtliche Unklarheit darüber mit sich, wie Sterne leuchten und wie sie sich entwickeln. Sternoszillationen, über Helligkeitsänderungen gemessen, bieten einen Weg, um diese Regionen im Untergrund zu untersuchen. In der Sonne gehen diese Schwingungen auf Druckwellen zurück, die durch Turbulenz in ihren oberen Schichten erzeugt werden (die Schichten werden von konvektiven Gasbewegungen beherrscht). Helioseismologie ist die Bezeichnung, die der Untersuchung dieser Oszillationen in der Sonne gegeben wurde und Astroseismologie ist der Fachbegriff, der dafür bei anderen Sternen benutzt wird.

Astronomen haben seit langer Zeit starke Helligkeitsänderungen in anderen Sternen gemessen, beispielsweise bei Cepheiden, die zur Eichung der kosmischen Entfernungsleiter genutzt werden, doch die kleinen, sonnenähnlichen Oszillationen, die durch Konvektion nahe der Oberfläche des Sterns angetrieben werden, sind viel schwerer zu beobachten. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich Weltraumteleskope auf die Astroseismologie bei Sternen wie der Sonne, dabei viele stellare Lebensstufen überspannend, erfolgreich anwenden lassen. CfA-Astronom Dave Latham war ein Mitglied in einem großen Astronomenteam, das die Datensätze von TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) nutzte, um das Innere von Sternen mittlerer Masse, die als δ Sct und γ Dor Sterne bekannt sind, zu untersuchen. Diese Sterne sind massereicher als die Sonne, aber nicht massereich genug, um ihren Wasserstoff sehr schnell zu verbrennen und als Supernovae zu vergehen. Pulsationen haben allgemein ihren Ursprung in vorwiegend einem von zwei Prozessen. Sie werden vom Druck (wo der Gasdruck Störungen erneuert) oder der Gravitation (wo es der Auftrieb ist) beherrscht. In diesen Sternen mittlerer Masse können beide Prozesse wichtig sein, und weisen Pulsationen, gewöhnlich mit Perioden von etwa sechs Stunden, auf. Die Komplexität der verknüpften Prozesse hat bei diesen Sternen mittlerer Masse unter anderem einen wahren Zoo an Veränderlichen zur Folge und diese Vielfalt bietet Astronomen mehr Wege, um Modelle des Sterninneren zu testen.

Die Astronomen analysierten TESS-Daten von 117 dieser Sterne mittels Beobachtungen, die alle zwei Minuten gemacht wurden; genaue Entfernungen zu den Sternen (und infolgedessen genaue Leuchtkräfte) wurden von Messungen des Satelliten Gaia bezogen. Das Team konnte zum ersten Mal Modelle der Pulsation für diese Sterne testen und erfolgreich verbessern. Sie stellten zum Beispiel fest, daß das Vermischen von Gas in der äußeren Hülle eine wichtige Rolle spielt. Auch entdeckten sie viele pulsierende Sterne mit höherer Schwingungsrate und identifizierten dabei vielversprechende Ziele für künftige Untersuchungen. Nicht zuletzt zeigten sie, daß die Mission TESS nicht nur für das Studium von Exoplaneten eine Leistungsfähigkeit ohnegleichen besitzt, sondern auch zur Verbesserung unseres Verständnisses von Sternen mittlerer Masse.

Literatur:

„The First View of δ Scuti and γ Doradus Stars with the TESS Mission“

V. Antoci et al.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 490, 4040, 2019

oder

arXiv:1909.12018v1 [astro-ph.SR] 26 Sep 2019