Magnetische Mystik: Ein genauerer Blick auf massereiche Sternsysteme

Forscher haben herausgefunden, dass magnetische Felder in Sternensystemen mit massiven blauen Sternen weit verbreiteter sind als bisher angenommen. Diese Entdeckung, die mit spektropolarimetrischen Daten gemacht wurde, wirft neues Licht auf die Entwicklung und die explosiven Tode dieser Sterne und verändert unser Verständnis von ihrer Rolle im Universum. Quelle: SciTechDaily.com

Eine neue Studie enthüllt, dass magnetische Felder in Sternensystemen mit großen blauen Sternen häufig vorkommen, was frühere Annahmen in Frage stellt und Einblicke in die Entwicklung und explosive Natur dieser massiven Sterne liefert.

Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP), der Europäischen Südsternwarte (ESO) und des MIT Kavli-Instituts und des Fachbereichs Physik haben herausgefunden, dass magnetische Felder in mehreren Sternensystemen mit mindestens einem riesigen, heißen blauen Stern viel häufiger vorkommen als bisher von Wissenschaftlern angenommen. Die Ergebnisse verbessern das Verständnis von massiven Sternen und ihrer Rolle als Auslöser von Supernova-Explosionen erheblich.

Blaue so genannte O-Typ-Sterne gehören zu den massereichsten Sternen in unserem Universum mit einer Masse von mehr als 18-mal der unserer Sonne. Obwohl sie selten sind, sind sie so heiß und leuchtstark, dass vier der 90 hellsten Sterne, die von der Erde aus sichtbar sind, zu dieser Kategorie gehören.

Sie sind von außerordentlicher Bedeutung, weil sie energiereiche physikalische Prozesse antreiben, die die Struktur ganzer Galaxien beeinflussen und die Region zwischen den Sternen chemisch anreichern. Regionen aktiver Sternentstehung, wie die Spiralarme einer Galaxie oder in Galaxien, die kollidieren oder verschmelzen, sind die typischen Standorte dieser Sterne.

Solche massiven Sterne sind für magnetische Untersuchungen von besonderem Interesse, weil sie ihren Lebenszyklus explosiv als Supernova beenden und dabei ein kompaktes Objekt wie einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch hinterlassen.

Binäre Systeme bestehen aus zwei gravitativ gebundenen Sternen, die einander umkreisen. Wenn beide Komponenten O-Typ-Sterne sind, kann dieses System zu einem kompakten Objekt-Binärstern werden. Das endgültige Schicksal sehr massereicher Sterne ist ein Schwarzes Loch, während die weniger massereichen O-Typ-Sterne als Neutronensterne enden, wenn sie als Supernova "sterben". Die Binärsysteme können als zwei Neutronensterne, ein Neutronenstern und ein Schwarzes Loch oder zwei Schwarze Löcher enden. Diese Bahnen dieser Objekte verschlechtern sich durch die Aussendung von Gravitationswellen und sind von Gravitationswellen-Detektoren beobachtbar.

Die Magnetosphäre ist eine Region des Raums um ein astronomisches Objekt, in der geladene Teilchen durch das magnetische Feld dieses Objekts beeinflusst werden. Die weißen Linien stellen die magnetischen Feldlinien dar, aus denen sich die Magnetosphäre bildet. Die magnetischen Pole befinden sich oben und unten am linken Stern. Die hellere Farbe wird für eine höhere Dichteverteilung des Gases verwendet. Eine Gas-Scheibe ist als Konzentration der Dichteverteilung des Gases in der (magnetischen) Äquatorebene sichtbar. Quelle: AIP/M. Küker

Massive Sterne haben wie die Sonne stellare Winde - einen energiereichen Strom geladener Teilchen. Diese Plasma-Winde reagieren auf magnetische Felder und können eine Struktur, die Magnetosphäre, erzeugen. Alle Sterne und Planeten mit magnetischen Feldern, einschließlich der Erde, haben eine Magnetosphäre. Sie schützt die Erde vor energiereicher kosmischer Strahlung. Das Plasma, das sich mit tausenden Kilometern pro Sekunde bewegen kann, unterliegt extremen Zentrifugalkräften. Es wurde vorgeschlagen, dass dieser magnetische Mechanismus der Grund für die stark gebündelte Explosion massiver Sterne sein kann, was für langandauernde Gammastrahlenausbrüche, Röntgenblitze und andere Merkmale von Supernovae relevant ist.

Obwohl vor Jahrzehnten eine theoretische Erklärung für den Einfluss magnetischer Felder auf Supernovae oder langandauernde Gammastrahlenausbrüche vorgeschlagen wurde, wurden seitdem nur elf O-Typ-Sterne gemeldet, die magnetische Felder aufweisen. Abgesehen von einem Stern handelte es sich bei allen um Einzelsterne oder weite Binärsysteme. Dies war eine sehr verwirrende Tatsache, da frühere Studien gezeigt hatten, dass über 90% der O-Typ-Sterne in Mehrfachsystemen mit zwei oder mehr Sternen entstehen. Tatsächlich haben viele Theoretiker sich über die relativ geringe Anzahl von detektierten magnetischen Feldern in massiven Sternen gewundert, da sie einige der beobachteten physikalischen Merkmale von Mehrfachsystemen nicht erklären konnten, ohne die Auswirkungen eines magnetischen Feldes zu berücksichtigen.

Um diesen Unterschied aufzuklären, führten die Autoren eine magnetische Untersuchung durch, bei der archivierte spektropolarimetrische Beobachtungen von Sternsystemen mit mindestens einer O-Typ-Komponente verwendet wurden. Spektropolarimetrie misst die Polarisation des Lichts, was Aufschluss über das Vorhandensein eines magnetischen Feldes in einem Stern gibt. Sie verwendeten Daten der hochauflösenden Spektropolarimeter HARPS, die am ESO 3,6-m-Teleskop auf La Silla/Chile installiert sind, und ESPaDOnS am Canada-France-Hawaii-Teleskop auf Mauna Kea. Um die Daten zu analysieren, entwickelten sie ein spezielles, anspruchsvolles Verfahren zur Messung des magnetischen Feldes.

“To our surprise, the results showed a very high occurrence rate of magnetism in these multiple systems. 22 out of the 36 systems studied have definitely detected magnetic fields, while only three systems did not show any sign of a magnetic field,” explains Dr Silva Järvinen from AIP’s Stellar Physics and Exoplanets section.

“The large number of systems with magnetic components presents a mystery, but probably indicates that the fact that these stars grew up in binaries plays a defining role in the generation of magnetic fields in massive stars through interaction between the system components, such as mass transfer between two of the stars, or even a merging event of two stars. This work is also the first ever observational confirmation of the previously suggested theoretical scenario for how a star’s magnetic field affects its death, letting it explode faster and more energetically,” continues Dr. Swetlana Hubrig.