Astronomen haben erstmals das Magnetfeld eines fernen dunklen Sternflecks ermittelt, wie sie als "Sonnenflecken" auf unserem eigenen Mutterstern der Sonne zu beobachten sind. Den Forschern ist damit der lange erwartete Nachweis gelungen, dass diese aktiven Regionen Orte besonders hoher Magnetfelddichte sind.
Magnetfeld, Temperatur, Sonne
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Magnetfeld- und Temperaturkarte der Oberfläche der mit einigen Millionen Jahren noch "jungen Sonne" V410 Tauri.
Potsdam (Deutschland) - Das Feld, so berichten die Astronomen um Thorsten Carroll und Klaus G. Strassmeier vom Leibniz-Institut für Astrophysik (AIP, aip.de) aktuell in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics, erreicht lokal eine etwa fünfzig- bis hundertfach größere Stärke als auf der restlichen Oberfläche des Sterns. Der Nachweis wurde möglich durch die am AIP entwickelte neue tomografische Analysesoftware iMap.

"Magnetfelder beeinflussen die Strahlungscharakteristik von Sternen durch Polarisation von Licht: die elektromagnetischen Wellen werden in ihrer Schwingungsrichtung beeinflusst, dies wiederum prägt das Spektrum des Sterns", erläutern die Forscher in der Pressemitteilung des AIP. "Aus seinem charakteristischen 'Fingerabdruck' im Spektrum kann mittels hochauflösender Spektroskopie im polarisierten Licht auf die Geometrie des lokalen Magnetfeldes an der Sternoberfläche rückgeschlossen werden."

Da Sternflecken dunkel und damit etwa Tausend bis Zweitausend Grad kühler als ihre Umgebung sind, stellt ihre Beobachtung für die Spektroskopie jedoch eine besondere Herausforderung dar: "Wenn ein Ort auf der Oberfläche am Stern dunkel ist, kommt von dort kein oder nur wenig Licht im Spektrographen an und die über die ganze Sternscheibe rekonstruierte Magnetfeldverteilung wird verfälscht oder sogar unterdrückt", so Strassmeier.

Die schon aus der Medizin bekannten tomografische Methoden, ermöglichen nun eine genaue Vermessung der Oberfläche eines rotierenden Sterns. In dem zahlreiche Momentaufnahmen eines rotierenden Sterns kombiniert werden, lassen sich hochqualitative Gesamtbilder erstellen. Das AIP ist dabei eines der wenigen Institute weltweit, diese astronomischen tomografischen Techniken entwickeln und nutzen.

Die neue Tomografiesoftware "iMap" ermöglicht es den Forschern, aus den Momentaufnahmen des Lichts simultan die Temperatur- und Magnetfeldverteilungen auf der Oberfläche des Sterns rekonstruieren. Diese gleichzeitige Betrachtung von Temperatur und Feld zeigt Magnetfelder auch für wenig Licht, also selbst für dunkle Sternflecken auf. Die Berechnung ist höchst aufwändig: "Um diesen komplexen Prozess rechnerisch überhaupt bewältigen zu können, trainieren wir ein künstliches neuronales Netzwerk, das die Rechengeschwindigkeit unserer Simulationen um ein Tausendfaches beschleunigt", erläutert Thorsten Carroll. Dies mache die Software so stark, dass selbst für weit entfernte Sterne, für die das Hintergrundrauschen das eigentliche beobachtbare Signal übersteigt, magnetische Oberflächenkarten von Sternen erstellt werden können.

Bei dem ersten nun von den Astronomen derart untersuchten Stern handelt es sich um den sonnenähnlichen Stern "V410 Tauri", der mit dem Spektropolarimeter Espadons am 3,6-Meter Spiegel des Canada-France-Hawaii Teleskop am Mauna Kea beobachtet wurde. Als nächstes wollen nun die Astronomen Oberflächen-Magnetfelder von weiteren sonnenähnlichen Sternen bestimmen. Dies, so erläutern die Forscher, sei insbesondere interessant für Sterne mit Planetensystemen, denn das Magnetfeld eines Sterns hat einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung eines lebensfreundlichen Planetensystems.

Für die tomographische Erfassung der vielen lichtschwachen Sterne in unserer Galaxie warten die Forscher bereits ungeduldig auf Spektropolarimeter der nächsten Generation wie das in Potsdam entwickelte PEPSI-Instrument. Dieses soll ab 2014 am Large Binocular Telescope, dem weltgrößten optischen Teleskop auf dem 3.200 Meter hohen Mt. Graham in Arizona zum Einsatz kommen und die Anzahl derart magnetisch vermessbarer Sterne verzehnfachen.

Quelle: aip.de