Überraschende Lücke: Astronomen haben eine zuvor unbekannte Lücke im fundamentalsten Sternendiagramm der Astronomie entdeckt – dem Hertzsprung-Russel-Diagramm. Demnach existiert in diesem ein schmaler, aber deutlicher Streifen mit ungewöhnlich wenig Sternen im Bereich der Roten Zwerge. Noch ist der Grund dafür unklar. Die Forscher vermuten aber, dass die Lücke den Übergang von Sternen mit kompletter Konvektion und Sternen mit einer Strahlenzone markiert.

Das Hertzsprung-Russel-Diagramm ist der fundamentale Leitfaden der Astronomie – quasi ein Who is Who der Sternenwelt. Denn dieses Diagramm der absoluten Helligkeit über der Spektralklasse erlaubt es, alle Sterne entsprechend ihrer Zustandsgrößen einzuordnen. Gleichzeitig verrät die Position im Diagramm, in welcher Entwicklungsphase ein Stern gerade steht – und damit auch sein Alter und einige weitere seiner Eigenschaften.

Lücke bei den Roten Zwergen

Doch wie sich nun zeigt, gibt es im Hertzsprung-Russel-Diagramm eine zuvor unentdeckte Lücke. Im Bereich der Roten Zwerge existiert ein diagonal durch die Hauptreihe ziehender schmaler Streifen, in dem es weniger Sterne gibt als normal. Entdeckt haben dies Wei-Chun Jao von der Georgia State University und seine Kollegen, als sie die neuesten Daten des Gaia-Weltraumteleskops auswerteten. Der 2013 gestartete Satellit hat den bisher umfangreichsten Sternenkatalog der Milchstraße erstellt.

Das Hertzsprung-Russell-Diagramm erlaubt die Zuordnug von Sternen zu einem Entwicklungstyp und Alter. Sch/CC-by-sa 3.0

„Die Menge an präzisen, den gesamten Himmel überspannenden Daten liefern uns ein Hertzsprung-Russel-Diagramm, das nie zuvor gesehene Merkmale enthüllt“, berichten die Astronomen. Die neu entdeckte Lücke liegt bei den Roten Zwergen mit der Spektralklasse M – Sternen von rund einem Drittel der Sonnenmasse, zu denen auch unser nächster Nachbarstern Proxima Centauri sowie der nahe Rote Zwerg TRAPPIST-1 gehören.

Abrupter Übergang

Die neue Lücke ist nur sehr schmal: Sie erstreckt sich über einen Helligkeitsunterschied von nur 0,05 Magnituden, wie die Forscher berichten. Dafür aber ist sie nicht nur in den Gaia-Daten zu sehen, sondern verbarg sich auch schon in anderen Himmelsdurchmusterungen. Weil diese aber weniger Sterne umfassten und weniger genau waren, fiel sie dort zuvor nicht auf. „Das belegt, dass diese Lücke nicht auf spektroskopische Eigenheiten der Gaia-Daten zurückzuführen ist“, betonen Jao und seine Kollegen.

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Stattdessen sehen sie in der Lücke in Indiz für eine bisher unbekannte astrophysikalische Eigenschaft von Sternen: „Wir sind ziemlich begeistert, denn dieses Ergebnis liefert uns ganz neue Einsichten in die Strukturen und Evolution von Sternen“, sagt Jao. „Keine andere Region in der Hauptreihe hat eine ähnliche Lücke.“ Nach Ansicht der Forscher deutet die schmale Lücke auf einen abrupten Übergang von einem Sternenzustand zu einem anderen hin

Größere Rote Zwerge besitzen in ihrem Inneren bereits eine Strahlungszone, wie hier Gliese 752A. Bei kleineren wird die Energie nur durch Konvektion nach außen geleitet, wie hier beimm kleineren Partner Gliese 752B. © NASA (STScI ) and J. Linsky (JILA)

Wechsel der Konvektion?

Die Astronomen vermuten, dass sich hinter der Lücke ein Wechsel in der Konvektion der Sterne verbirgt. Unterhalb der Lücke stehen demnach kleinere Rote Zwerge, deren Inneres komplett von großen Umwälzströmungen des Plasmas durchzogen wird. Die bei der Kernfusion im Sternenkern erzeugte Energie wird bei diesen Sternen komplett durch diese Plasmaströmungen nach außen geleitet.

Anders ist es bei den Roten Zwergen, die oberhalb der schmalen Lücke stehen. Sie haben in der Regel eine Masse von mehr als 0,35 Sonnenmassen und sind daher knapp zu groß, als dass die Konvektion ihr gesamtes Inneres erfassen könnte. Stattdessen besitzen sie eine Strahlungszone, in der die Energie aus der Kernfusion durch ständige Absorption und Emission von Strahlung weitergegeben wird.

Ob die Lücke tatsächlich diesen Übergang widerspiegelt, müssen nun weitere Analysen und Beobachtungen klären. Dafür wollen die Astronomen unter anderem gezielt einige Vertreter der wenigen Sterne näher erforschen, die genau in der Lücke stehen. Auch Analysen der Radien, Masse und Metallizität von Sternen beiderseits der Lücke könnten den astrophysikalischen Grund für deren Existenz aufdecken helfen. (The Astrophysical Journal Letters, 2018; doi: 10.3847/2041-8213/aacdf6)

30. Juli 2018