Junge Sterne schwingen langsam

Die Schwingungseigenschaften junger Sterne verraten ihr Alter. Die Altersbestimmung wird dadurch einfacher.

8. Juli 2014

Sterne werden durch den Kollaps von Molekülwolken geboren. In den frühen Phasen der Sternentwicklung ziehen sich die jungen Sterne zusammen und werden dabei immer kleiner, kompakter und heißer, bis es in ihrem Inneren heiß genug ist, dass das Wasserstoffbrennen im Kern gezündet werden kann. Wie kann man jedoch das genaue Alter und den Entwicklungszustand junger Sterne bestimmen? In einer Publikation im Fachmagazin „Science“ zeigt eine internationale Forschergruppe, der auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) angehören, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen den beobachteten Schwingungen junger Sterne und ihrem Alter gibt.

Entwicklungsweg eines jungen Sterns von seiner Geburt (rechts unten) bis zum Beginn des Wasserstoffbrennens im Kern (links unten). 

In unserem Universum sind in der Vergangenheit unzählige Male Sterne entstanden und werden immer noch geboren. Die ersten Phasen im Leben der Sterne bestimmen ihr gesamtes zukünftiges Schicksal bis hin zu ihrem Tod. „Es ist daher wesentlich, dass wir die physikalischen Prozesse in ihren frühen Phasen verstehen", erklärt die Astrophysikerin Konstanze Zwintz von der Katholischen Universität Löwen (Belgien), unter deren Leitung die neue Studie entstand. Aber obwohl wir ein allgemeines Bild davon haben, wie Sterne entstehen und sich entwickeln, weist das Wissen über die frühe Sternentwicklung große Lücken auf. Zu den vielen ungelösten Fragen gehört unter anderem die Bestimmung ihres Alters und ihres relativen Entwicklungszustands.

Junge Sterne mit Massen von etwa einer bis zu sechs Sonnenmassen haben ähnliche Eigenschaften in ihren Atmosphären wie ältere, weiter entwickelte Sterne, die schon im Kern Wasserstoff verbrennen. „Es ist daher nicht möglich, den Entwicklungszustand eines beliebigen Sterns ausschließlich aufgrund von Eigenschaften wie seiner effektiven Temperatur, Schwerebeschleunigung oder Leuchtkraft zu bestimmen", so die Wissenschaftlerin. Der Hauptunterschied zwischen Sternen unterschiedlicher Entwicklungszustände ist ihr innerer Aufbau. Asteroseismologie ist die einzige Methode, die es erlaubt, das Innere pulsierender Sterne durch die Analyse ihrer Sternschwingungen zu untersuchen. Das funktioniert ähnlich wie auf der Erde, wo Forscher aufgrund des Studiums von Erdbeben wissen, wie das Innere unserer Erde aufgebaut ist.

Theoretiker hatten vorhergesagt, dass man Asteroseismologie dazu verwenden könnte, den Entwicklungszustand eines Sterns zu bestimmen. Es fehlten allerdings bisher entsprechende Beobachtungsdaten, um diese Hypothese zu überprüfen. In der neuen „Science"-Publikation zeigen Zwintz und ihr Team das erste Mal, dass die beobachteten Schwingungseigenschaften junger Sterne tatsächlich von ihrem jeweiligen Entwicklungszustand abhängen: Die am wenigsten entwickelten jungen Sterne schwingen am langsamsten, während die am weitest entwickelten (d.h. kurz vor dem Beginn des Wasserstoffbrennens im Kern) die kürzesten Perioden zeigen. „Das wird es erlauben, das Alter junger Sterne nur aus ihren gemessenen Schwingungseigenschaften abzuleiten, ohne Zuhilfenahme theoretischer Modelle", freut sich die Astronomin: „Damit haben wir gezeigt, dass Asteroseismologie auch eine unschlagbare Methode ist, einige der offenen Fragen im Gebiet der frühen Sternentwicklung zu beantworten".

Die Daten zu der jetzt veröffentlichten Studie wurden zu einem Großteil durch die beiden Satelliten MOST und CoRoT und einigen Observatorien auf der Erde wie etwa dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) aufgenommen. „Die CoRoT-Daten haben eine besonders hohe Auflösung. Wir konnten darin Schwingungen einzelner Sterne aufspüren, die zuvor kaum messbar waren“, erklärt Nathalie Themeßl vom MPS, die die CoRoT-Daten im Rahmen ihres Masterstudiums an der Universität Wien ausgewertet hat. „Ohne Daten dieser Art wäre unsere Analyse nicht möglich gewesen“, fügt sie hinzu.

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