Forscher messen die innere Struktur entfernter Sonnen aus ihren Pulsationen

Special Feature: SAFIRE PROJECT 2018 REPORT (March 2019).

Anonim

Auf den ersten Blick scheint es unmöglich, in einen Stern zu schauen. Ein internationales Astronomenteam unter Federführung von Earl Bellinger und Saskia Hekker vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen hat erstmals anhand ihrer Schwingungen die innere Tiefenstruktur zweier Sterne bestimmt.

Unsere Sonne und die meisten anderen Sterne erleben Pulsationen, die sich im Inneren des Sterns als Schallwellen ausbreiten. Die Frequenzen dieser Wellen sind im Licht des Sterns eingeprägt und können später von Astronomen auf der Erde gesehen werden. Ähnlich wie Seismologen die innere Struktur unseres Planeten durch die Analyse von Erdbeben entschlüsseln, bestimmen Astronomen die Eigenschaften von Sternen aus ihren Pulsationen - ein Feld namens Asteroseismologie. Eine detaillierte Analyse dieser Pulsationen ermöglichte es erstmals Earl Bellinger, Saskia Hekker und ihren Kollegen, die innere Struktur zweier entfernter Sterne zu messen.

Die zwei Sterne, die sie analysierten, sind Teil des 16 Cygni-Systems (bekannt als 16 Cyg A und 16 Cyg B) und beide sind unserer eigenen Sonne sehr ähnlich. "Diese Sterne sind aufgrund ihrer geringen Entfernung von nur 70 Lichtjahren relativ hell und damit ideal für unsere Analyse geeignet", sagt Erstautor Earl Bellinger. "Bisher war es nur möglich, Modelle der Innenräume der Stars zu erstellen. Jetzt können wir sie messen."

Um ein Modell des Inneren eines Sterns zu erstellen, variieren Astrophysiker stellare Evolutionsmodelle, bis einer von ihnen zu dem beobachteten Frequenzspektrum passt. Die Pulsationen der theoretischen Modelle unterscheiden sich jedoch häufig von denen der Sterne, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, dass die Sternphysik noch unbekannt ist.

Bellinger und Hekker entschieden sich daher für die inverse Methode. Hier leiten sie die lokalen Eigenschaften des Sterninneren von den beobachteten Frequenzen ab. Diese Methode hängt weniger von theoretischen Annahmen ab, sie erfordert eine exzellente Messdatenqualität und ist mathematisch anspruchsvoll.

Mit der inversen Methode schauten die Forscher mehr als 500.000 km tief in die Sterne - und fanden, dass die Schallgeschwindigkeit in den zentralen Regionen größer ist als von den Modellen vorhergesagt. "Im Fall von 16 Cyg B können diese Unterschiede erklärt werden, indem wir korrigieren, was wir für die Masse und die Größe des Sterns hielten", sagt Bellinger. Im Fall von 16 Cyg A konnte jedoch die Ursache der Diskrepanzen nicht identifiziert werden.

Es ist möglich, dass bisher unbekannte physikalische Phänomene von den aktuellen evolutionären Modellen nicht ausreichend berücksichtigt werden. "Elemente, die in den frühen Phasen der Sternentwicklung entstanden sind, wurden möglicherweise vom Kern des Sterns in seine äußeren Schichten transportiert", erklärt Bellinger. "Dies würde die innere Stratifizierung des Sterns verändern, was sich auf seine Oszillation auswirkt."

Auf diese erste Strukturanalyse der beiden Sterne folgt mehr. "Zehn bis 20 zusätzliche Sterne, die für eine solche Analyse geeignet sind, finden sich in den Daten des Kepler-Weltraumteleskops", sagt Saskia Hekker, Leiterin der Forschungsgruppe Stellare Zeiten und Galaktische Evolution (SAGE) am Max-Planck-Institut in Göttingen. In Zukunft werden die NASA-Mission TESS (Transit Exoplanet Survey Satellite) und das Weltraumteleskop PLATO (Planetary Transits and Oscillation of Stars) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) noch mehr Daten für dieses Forschungsgebiet sammeln.

Die inverse Methode liefert neue Erkenntnisse, die dazu beitragen, unser Verständnis der Physik in Sternen zu verbessern. Dies wird zu besseren stellaren Modellen führen, die unsere Fähigkeit verbessern werden, die zukünftige Entwicklung der Sonne und anderer Sterne in unserer Galaxie vorherzusagen.

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