Den Magnetfeldern der Sterne auf der Spur

Die Max-Planck-Gesellschaft verleiht die Otto-Hahn-Medaille an Dr. Rakesh Kumar Yadav für seine Arbeiten über Magnetfelder in Sternen.

15. Juni 2016

Dr. Rakesh Kumar Yadav, zur Zeit am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den USA, erhält die Otto-Hahn-Medaille von der Max-Planck-Gesellschaft (MPG). Die MPG ehrt damit Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler für ihre herausragenden wissenschaftlichen Leistungen. Dr. Yadav hat im vergangenen Jahr seine Promotion am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) und dem Institut für Astrophysik der Universität Göttingen erfolgreich abgeschlossen. In seiner Doktorarbeit untersuchte Dr. Yadav mit Hilfe von Computermodellen, wie die Magnetfelder in massearmen schnell rotierenden Sternen entstehen. Erstmals konnte er die Magnetfelder in diesen Sternen mit den gleichen physikalischen Prozessen erklären, die auch das Erdmagnetfeld erzeugen. Die Otto-Hahn-Medaille wurde heute im Rahmen der Jahreshauptversammlung der MPG in Saarbrücken verliehen.

Dr. Rakesh Kumar Yadav bei der Verleihung des Preises durch MPG-Vizepräsidenten Prof. Dr. Ferdi Schüth

Jeder, der schon einmal mit einem Kompass die Nordrichtung bestimmt hat, hat sich dabei das Erdmagnetfeld zunutze gemacht. Ähnlich wie ein Stabmagnet aus dem Schulunterricht besitzt das Magnetfeld der Erde einen Nord- und einen Südpol. Im Gegensatz zum festen Stabmagneten entsteht das Magnetfeld im Erdinneren jedoch durch komplexe Bewegungen elektrisch leitender Flüssigkeiten. Diese erzeugen zunächst einen elektrischen Strom und dieser wiederum ein Magnetfeld. An der Erdoberfläche tritt es hervor und dient nicht nur uns Menschen, sondern beispielsweise auch Zugvögeln als Orientierungshilfe. 

Dieser als Dynamo bezeichnete Mechanismus ist wahrscheinlich die Ursache dafür, dass Magnetfelder ein weit verbreitetes Phänomen im gesamten Universum sind. Wir wissen aus Beobachtungen, dass alle Planeten außer der Venus ein Magnetfeld besitzen oder in der Vergangenheit eines besaßen. Seit langem ist das Magnetfeld der Sonne bekannt und zunehmend werden auch Magnetfelder um andere Sterne beobachtet. Wie entstehen die Magnetfelder in Planeten und Sternen und wie ähnlich sind die Prozesse, die sie in diesen ganz verschiedenen Himmelskörpern antreiben? Dieser Frage ging Dr. Yadav in seiner Dissertation nach. “Seit meiner Schulzeit bin ich davon fasziniert, wie die Naturwissenschaften uns helfen, unsere Welt besser zu verstehen. Ich bin begeistert, dass ich jetzt selbst als Wissenschaftler die Welt erforschen kann”, berichtet der junge Otto-Hahn-Medaillenträger. 

Computersimulation des Magnetfelds in einem massearmen Stern (weiße dünne Linien). Die Rotationsachse des Sterns ist als weißer dicker Stab dargestellt. Die Farben stellen die Richtung der Gasströmungen dar, in den blauen Bereichen strömt das Gas zur Oberfläche, in den roten Bereichen ins Innere des Sterns. Sternflecken entstehen hauptsächlich an den Polen, wo das Magnetfeld am stärksten ist.

“Die physikalischen Prozesse, die zur Entstehung des Erdmagnetfeldes führen, sind seit längerem gut untersucht”, erklärt Prof. Dr. Ulrich Christensen vom MPS, der die Doktorarbeit von Dr. Yadav maßgeblich betreut hat. “Dr. Yadav hat in seiner Arbeit gezeigt, dass die gleichen Mechanismen, die den Erddynamo und damit das Erdmagnetfeld antreiben, auch die Magnetfelder in schnell rotierenden massearmen Sternen verursachen”, so Christensen. Damit führen höchstwahrscheinlich die gleichen Prozesse zur Entstehung der Magnetfelder in diesen sehr unterschiedlichen Himmelskörpern.

Ähnlich wie unsere Sonne besitzen auch andere Sterne dunkle Flecken auf ihrer Oberfläche. Oft sind diese größer und viel stärker zu den Polen hin konzentriert als die Sonnenflecken bei unserem Zentralgestirn. Die Flecken entstehen in Regionen der Sternoberfläche, in denen das Magnetfeld durch Konvektionsströmungen in den tieferen Schichten verstärkt wird. “Wir konnten mit unseren Modellrechnungen die Entstehung von großen Sternflecken in den Polregionen schnell rotierender massearmer Sterne mit den vom Erddynamo bekannten Prozessen modellieren”, erläutert Yadav. Zwar lässt sich heute die Entstehung der Flecken auf unserer Sonne gut durch Computersimulationen beschreiben, jedoch nicht alleine mit den Prinzipien des Erddynamos. Hierfür sind weitere Annahmen erforderlich, wie etwa ein starkes antreibendes Magnetfeld aus dem Inneren der Sonne. 

Der Preisträger Dr. Rakesh Kumar Yadav

Dr. Rakesh Kumar Yadav hat am Indian Institute of Technology in Kanpur/Indien Physik studiert. Seine Dissertation bei Prof. Dr. Ulrich Christensen am MPS und bei Prof. Dr. Ansgar Reiners am Institut für Astrophysik der Universität Göttingen hat er im Januar 2015 nach nur zwei Jahren und acht Monaten abgeschlossen. Zur Zeit ist Dr. Yadav als Postdoktorand am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den USA tätig. 

Rund 7000 Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler forschen an den mehr als 80 Instituten der MPG. Die Otto-Hahn-Medaille wird von der MPG jedes Jahr an junge Forscherinnen und Forscher für herausragende wissenschaftliche Leistungen verliehen, die sie in der Regel im Zusammenhang mit ihrer Doktorarbeit erbracht haben. Seit 1978 wurden über 900 junge Forschende mit der Medaille ausgezeichnet.

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