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Magnetfeld bremst Sterne ab

12. Juni 2012. Wissenschaftler haben in Theorie und Laborexperiment einen magnetischen Effekt nachgewiesen, der erklären könnte, warum einst sonnenähnliche Sterne sich am Ende ihres Lebens viel langsamer um die eigene Achse drehen als erwartet.
Magnetfeld bremst Sterne ab

Numerische Simulationen zeigen eine starke Verzerrung des Magnetfeldes im Inneren eines Sterns ab einer kritischen Magnetfeldstärke (Bild:AIP).

Die Forscher des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) haben das Magnetfeld der Sterne zunächst im Computer simuliert und dann mit Ergebnissen eines speziellen Experimentalaufbaus verglichen, der im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) realisiert worden ist. Ziel und Erfolg des Experiments war es nachzuweisen, dass ab einer kritischen Magnetfeldstärke eine theoretisch bekannte und vorhergesagte Instabilität des Magnetfeldes tatsächlich auftritt. Dieser magnetische Effekt kann das Plasma im Inneren eines Sterns zähflüssiger machen und dadurch seine Rotationsgeschwindigkeit stärker verringern.

„Theoretisch haben wir die Tayler-Instabilität von Magnetfeldern schon seit Jahren als möglichen Mechanismus für das Abbremsen von Sternen in Betracht gezogen, nur war ihre tatsächliche Existenz bisher völlig unbewiesen. Nun ist sie sicher!“, sagt Günther Rüdiger, der Verantwortliche des Projekts auf Potsdamer Seite.„Unsere Berechnungen wurden durch das Experiment in hervorragender Weise bestätigt!“ freut sich auch Marcus Gellert, der mit Computer-Simulationen das Experiment vorbereitet hat.

 

Geht man von einem Stern aus, dessen Kern sich ähnlich schnell um die eigene Achse dreht wie der unserer Sonne, so muss sich dieser im Laufe seiner Entwicklung auf etwa zehn Prozent des Anfangswertes verlangsamen, damit die tatsächlich beobachteten, weit geringeren Rotationsgeschwindigkeiten eines Sterns im Endstadium als Weißer Zwerg (10 km/s) oder Neutronenstern erreicht werden. Eine andauernde magnetische Instabilität böte den effektivsten Abbremsungsmechanismus und damit ein plausibles Erklärungsmodell für solch eine enorme Verlangsamung. Ob und wie kontinuierlich  die Instabilität nicht nur im Labor sondern auch im Inneren der Sterne wirkt, werden zukünftige Beobachtungen und verbesserte Simulationen zeigen. Der jetzt erfolgte experimentelle Nachweis der Instabilität könnte damit ein wichtiges Detail in der Theorie der Sternentwicklung erschließen.

 

Nach dem im Jahr 2010 mit dem Preis „Wissenschaft und Gesellschaft“ des Stifterverbandes für die deutsche Wissenschaft ausgezeichneten „PROMISE“-Experiment zur magnetischen Scherinstabilität, ist dies bereits das zweite Mal, dass die Potsdamer Wissenschaftler zusammen mit dem Team vom HZDR die Physik der Sterne erfolgreich ins Labor geholt haben.

 

Publikationen:

  • Rüdiger G., Gellert M., Schultz M., Strassmeier K.G., Stefani F., Gundrum Th., Seilmayer M., Gerbeth G.: Critical fields and growth rates of the Tayler instability as probed  by a  columnar gallium experiment (eingereicht bei ApJ, preprint http://arxiv.org/abs/1201.2318)
  • Martin Seilmayer, Frank Stefani u.a.: Evidence for transient Tayler instability in a liquid metal experiment, in: Physical Review Letters

 

Weitere Informationen:
GATE: Experiment & Theorie zum Nachweis der magnetischen „Tayler-Instabilität“

 

Wissenschaftlicher Kontakt:

Prof. Dr. G. Rüdiger, Dr. M. Gellert, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), Email: gruediger@aip.de, mgellert@aip.de, Tel. : 0331 7499 530

 

Presse-Kontakt:

Dr. Gabriele Schönherr / Kerstin Mork, Email: presse@aip.de, Tel.: 0331 7499469

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Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) beschäftigt sich vorrangig mit kosmischen Magnetfeldern und extragalaktischer Astrophysik. Daneben wirkt das Institut als Kompetenzzentrum bei der Entwicklung von Forschungstechnologie in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Das AIP ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Das AIP ist eine Stiftung bürgerlichen Rechts und ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören derzeit 86 Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung sowie drei assoziierte Mitglieder, die wissenschaftliche Fragestellungen von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung bearbeiten.