Gestern habe ich über die Nutzung asteroseismologischer Daten bei der Suche nach Gravitationswellen geschrieben. Heute möchte ich ein bisschen näher auf die eigentliche Arbeit der Asteroseismologie eingehen. In dem man misst, wie und welchen Perioden Sterne schwingen, lassen sich jede Menge wichtige Parameter der Himmelskörper bestimmen. Und wie wichtig es ist, hier genaue Daten zu bekommen zeigt ein kürzlich veröffentlichter Artikel von Astronomen aus Göttingen. Martin Nielsen und seine Kollegen haben sich mit der Frage beschäftigt, wie schnell Sterne rotieren und was das für Auswirkungen auf die Altersbestimmung zu tun hat (“Constraining differential rotation of Sun-like stars from asteroseismic and starspot rotation periods”).

Auf der Erde ist es egal, wo man sich befindet: Eine Rotation um ihre Achse dauert immer 24 Stunden. Die Sonne ist allerdings kein Festkörper sondern eine große Kugel aus Gas. Hier existiert etwas, das man differentielle Rotation nennt. Das heißt, das unterschiedliche Bereiche unterschiedlich schnell rotieren. In der Nähe des Äquators dauert eine Umdrehung um ihre Achse knapp 25 Tage; an den Polen der Sonne sind es dagegen 34 Tage. Um so etwas herauszufinden existieren zwei hauptsächliche Methoden. Man kann zum Beispiel die Sonnenflecken betrachten. Das geht schon mit recht kleinen Teleskopen und wird daher auch schon seit dem 19. Jahrhundert kontinuierlich gemacht. Die Bewegung der Flecken lässt sich aufzeichnen und daraus kann man leicht bestimmen, wie schnell sich die Sonne in verschiedenen Bereichen um ihre Achse dreht. Eine andere Methode ist die Asteroseismologie. Wie schon gestern (oder hier) erklärt untersucht man hier die Art und Weise, wie die Sonne schwingt. All die Prozesse, die im Inneren unseres Sterns ablaufen bringen das Material zum Schwingen. Wie das genau passiert hängt von ihrem inneren Aufbau ab, vom Material aus dem sie besteht, von der Temperatur und noch einigen anderen Parametern, die man mit der Asteroseismologie dann auch bestimmen kann. Die Rotation der Sonne ist eine dieser Größen und wieder spielt die Tatsache eine Rolle, dass sie kein Festkörper ist. Es kann nämlich nicht nur einen Unterschied machen, ob man sich in der Nähe des Äquators befindet oder in der Nähe der Pole, sondern auch ob man die äußeren oder inneren Bereich der Sonne betrachtet. Material kann in verschieden tief gelegenen Bereichen mit verschiedenen Geschwindigkeiten rotieren und die beiden Methoden spiegeln das wider, denn Sonnenflecke und Sternschwingungen werden in unterschiedlichen Tiefen hervorgerufen.

Das ist praktisch, wenn man mehr über die Struktur der Sonne herausfinden will. Es liefert aber auch Informationen über andere Sterne: Der Unterschied in den Resultaten der beiden Methoden gibt direkt die Stärke der jeweiligen differentiellen Rotation wieder. Bei unserer Sonne ist der Unterschied nur gering und wenn das bei anderen Sternen auch so ist, könnte man die eine Methode nutzen um die andere zu kalibrieren. Was aber nur klappt, wenn beide Methoden annähernd die gleichen Ergebnisse liefern. Und ob das der Fall ist oder nicht, haben Nielsen und seine Kollegen an einigen konkreten Beispielen untersucht.

Und zwar fünf Sternen, die vom Kepler-Weltraumteleskop beobachtet worden sind. Das ist ja gerade dazu da, möglichst genau Helligkeitsmessungen anzustellen weil man eigentlich auf der Suche nach Planeten ist. Wenn die einen Stern umkreisen und dabei einen Teil seines Lichts verdecken, kommt es zu Schwankungen in der Intensität durch die man ihn identifizieren kann. Aber auch die Astronomen die nicht an Planeten interessiert sind, können mit den Daten etwas anfangen. Die Helligkeitsschwankungen erlauben die Bestimmung der Sternschwingungen; sie machen es unter Umständen aber auch möglich, auf die Existenz und die Bewegung von Sternflecken zu schließen. Sternflecke sind kühler als ihre Umgebung und auch die Menge an Licht die von dort abgegeben wird unterscheidet sich von der vom Rest des Sterns. Je nachdem wie die Flecken über die Sternoberfläche verteilt sind, kriegt man also unterschiedlich viel Licht aus unterschiedlichen Regionen und das ändert sich dann periodisch mit der Rotation des Sterns. Bei den fünf Sternen, die Nielsen und seine Kollegen untersucht haben, konnten beide Phänomene beobachtet werden, also Sternschwingungen und Sternflecken und es war daher auch möglich die Rotation der Sterne mit beiden Methoden zu berechnen.

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