Grand Theft Astro

Wie gestohlene Masse Sterne sensibler gegenüber Magnetfeldern macht.

Magnetfelder gibt es in vielen Sternen. Doch noch ist zu wenig über sie bekannt, um sie zuverlässig in Modelle der Sternentwicklung einzubeziehen – was deren Genauigkeit begrenzt. Eine neue Studie von Forschenden am Institute of Science and Technology Austria (ISTA), veröffentlicht in Astronomy & Astrophysics, zeigt nun, warum die „kriminelle“ Entwicklungsgeschichte eines Sterns entscheidend sein könnte, um seine inneren Magnetfelder richtig zu deuten.

Um das Alter von Sternen zu bestimmen, nutzen Forschende theoretische Modelle der Sterneentwicklung. Diese Modelle müssen möglichst genau sein. Dafür ist es wichtig, auch Magnetfelder zu berücksichtigen. Doch oft ist unklar wie stark diese Felder sind, wo genau sie sich befinden oder welche Form sie haben. Ihre komplexe Geometrie lässt sich mit den verfügbaren Daten nur schwer bestimmen.

Eine neue Studie der Forschungsgruppe von Assistenzprofessorin Lisa Bugnet am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) in Zusammenarbeit mit der Universidad de La Laguna auf Teneriffa und der Université Paris Cité zeigt nun: Bei manchen alten Sonnen könnten beobachtete Signale auf eine „kriminelle“ Vergangenheit hindeuten, in der sie einem Begleitstern Masse „gestohlen“ haben. Ein solches Ereignis würde die Beziehung zwischen dem Kern und der Hüllenstruktur des Sterns verändern und ihnen im Vergleich zu einem „normalen“ Einzelstern wesentlich empfindlicher für die Auswirkungen von Magnetfeldern machen.

Der Fall der fehlenden Schwingungsmode

Direkt in die Sterne hineinschauen kann man nicht, dafür sind sie zu weit weg und undurchsichtig. Forschende können aber winzige, regelmäßige Veränderung ihrer Helligkeit mit sehr genauen Teleskopen messen. Diese entstehen durch Schwingungen, oder Oszillationen. Jeder Stern hat unterschiedliche Schwingungsmuster, je nachdem wie er von innen aufgebaut ist.

Man nennt diese Richtung der Astrophysik Asteroseismologie, was vergleichbar ist mit der Seismologie in Bezug auf Erdbeben. Während seismische Wellen etwas über das Erdinnere verraten, sind es die Schwingungsmuster, die uns Informationen über das Innere der Sterne preisgeben.

Besonders interessant für Nicolas Muntean, PhD Student in der Bugnet Gruppe, sind Rote Riesen – sonnenähnliche Sterne in ihrer Späten Phase des Lebens – und sogenannte gemischte Dipolmoden. Letztere sind Schwingungen, die sich sehr nah am Kern des Sterns befinden. Bei manchen roten Riesen sind diese gemischten Dipolmoden fast nicht sichtbar. Man spricht dann von einer Unterdrückung der Dipolmoden (dipol-mode suppression).

„Eine bestimmte Schwingungsform im Spektrum fehlt oder ist nur kaum noch sichtbar – als wäre sie herausgeschnitten oder unterdrückt worden“, erklärt Muntean. „Neuere wissenschaftliche Arbeiten deuten darauf hin, dass starke Magnetfelder im Inneren des Sterns, nahe der Kernregion, dafür verantwortlich sind: Sie sorgen offenbar dafür, dass genau diese Schwingungsform im Spektrum verschwindet.“ Das Problem: Um die Unterdrückung bei manchen Sternen zu erklären, müssten die Magnetfelder nach bisherigen Modellen extrem stark sein. Wie solche Felder entstehen können, ist bisher nicht geklärt.

Rätsel um verschmolzene Sterne

Eine mögliche Hypothese wäre, dass ein Roter Riese im Laufe der Evolution Masse von einem Begleitstern „gestohlen“ oder sich mit einem anderen Stern verschmolzen hat. Ein solches Event würde das Verhältnis zwischen Kern und Hüllenstruktur des Sterns verändern und im Vergleich zu Sternen gleicher Masse mit einem gewöhnlichen Entwicklungsverlauf deutlich empfindlicher auf Magnetfelder machen. Daraufhin könnte schon ein weitaus schwächeres Magnetfeld Dipolmoden unterdrücken und die dieselbe Beobachtung erklären.

„Genau diese Hypothese wollten wir theoretisch beantworten“, erklärt Muntean. „Dafür benötigten wir ein Sternmodelle, mit dem wir diesen Massenzuwachs simulieren und anschließend Unterschiede in der Schwingungs-Signatur analysieren konnten.“

Mithilfe des Open-Source-Code für stellare Evolution „MESA“ simulierte der Forscher Sternmodelle mit und ohne Massenzuwachs. Anschließend verglich er deren Sensitivität zu magnetischen Feldern.

„Wir sahen einen großen Unterschied – die verschmolzenen Sterne waren deutlich empfindlicher gegenüber dem Magnetfeld.“

Theoretisch konnte die Hypothese nachgewiesen werden, also machte sich Muntean auf die Suche nach geeigneten Kandidaten im Universum. Der Physiker fragte sich: Gibt es in der Fachliteratur bereits bekannte Sterne, die möglicherweise aus einer Verschmelzung hervorgegangen sind? Gibt es Sterne, deren seismische Parameter darauf hindeuten, dass sie Fusions- beziehungsweise Verschmelzungsprodukte sein könnten?

Die Antwort lautet „ja“. Rote Riesen bei denen bereits Hinweise auf starke Magnetfelder bekannt waren konnten mit dem neuen theoretischen Modell beschrieben werden, das von einem „Grand Theft Astro“ ausgeht – einer früheren Sternverschmelzung oder Massenzuwachs.

„Unsere bisherige Theorie ist möglicherweise verzerrt, weil wir davon ausgehen, dass sich der Stern allein entwickelt hat,“ ergänzt Bugnet. „Wenn wir stattdessen annehmen, dass der Stern Masse hinzugewonnen hat, reagieren die beobachteten Schwingungen empfindlicher auf ein Magnetfeld. Es handelt sich also um ein mögliches alternatives Szenario für dieselben beobachteten Signale.“

Über die Beweise hinausblicken

Magnetfelder sind eines der wichtigen Elemente, die bislang nur sehr vereinfacht und nicht besonders realitätsnah in Sternmodelle einbezogen wurden. Die neue Studie ist ein Baustein auf den Weg zu realistischeren Sternentwicklungsmodellen.

Sie deutet darauf hin, dass viele der Sterne, bei denen man Magnetfelder beobachtet, insbesondere massereiche Rote Riesen, möglicherweise Masse von einem anderen Stern aufgenommen haben. Um Magnetfelder im Sterninneren zuverlässig zu bestimmen, muss daher auch die Lebensgeschichte eines Sterns berücksichtigt werden.

Publikation:

Muntean et al. 2026. Magnetic Signatures in Merger Products. Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202661734

Projektförderung:

Dieses Projekt wurde durch Mittel aus dem European Research Council (ERC) unter dem Horizon Europe programme (Starting Grant agreement Nr. 101165631) und der the Austrian Academy of Sciences durch das Doctoral Fellowship Programme (DOC) der Austrian Academy of Sciences 27648 unterstützt.

https://www.ista.ac.at/de/news/grand-theft-astro