Ein Blick in das pulsierende Herz eines Sterns

Im Mittelpunkt dieser Forschung steht der Stern Iota Horologii (mit dem Spitznamen „ι Hor“, im Sternbild Pendeluhr am Südsternhimmel), der etwa 56 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Mit einem Alter von etwa 600 Millionen Jahren – weit jünger als unsere 4,6 Milliarden Jahre alte Sonne, rotiert ι Hor schneller und weist eine weitaus stärkere magnetische Aktivität als die Sonne auf. Mithilfe des HARPS-Polarimeters am 3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte im La Silla-Observatorium in Chile, wurde dieser Stern über sechs Beobachtungsperioden hinweg 199 Nächte lang mit spektropolarimetrischen Daten erfasst.

Mithilfe einer hochentwickelten Technik bekannt als Zeeman-Doppler-Imaging (ZDI) wandelte das Team diese Messungen in 18 verschiedene „Karten” des großräumigen Magnetfelds von ι Hor um, die sich über einen Zeitraum von etwa 140 vollständige Umdrehungen des Sterns erstrecken. Diese Karten zeigen, wie magnetische Strukturen entstehen, verschwinden und sogar ihre Polarität umkehren – Phänomene, die auf die tiefsitzenden Dynamoprozesse im turbulenten Inneren des Sterns zurückzuführen sind.

Eine der bemerkenswertesten Erkenntnisse ist, dass ι Hor einen vollständigen Magnetzyklus, vergleichbar mit dem 22-jährigen Zyklus der Sonne, in etwas mehr als zwei Jahren (etwa 773 Tagen) durchläuft. Während dieses Zeitraums kehren sich die magnetischen Nord- und Südpole des Sterns um, um dann wieder zurück zu wechseln, wodurch ein rhythmischer magnetischer Herzschlag entsteht, der weit schneller ist als der unserer Sonne.

Vielleicht noch spannender ist die Erstellung der ersten „magnetischen Schmetterlingsdiagramme” für einen Stern außerhalb unseres Sonnensystems. Auf der Sonne verfolgen diese Diagramme die Breitenwanderung von Sonnenflecken und Magnetfeld im Verlauf des Zyklus: Flecken entstehen in mittleren Breiten und wandern stetig in Richtung Äquator. Durch Mittelung der kartierten Magnetfeldstärke in verschiedenen Breiten für jede Epoche erstellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des AIP analoge Diagramme für ι Hor und zeigten damit, wie seine magnetischen Regionen im Laufe jedes Zyklus in Richtung Pol und Äquator wandern.

Aus diesen stellaren Schmetterlingsdiagrammen gewann das Team direkte Schätzungen der großräumigen Strömungen auf der Oberfläche von ι Hor. Sie stellten fest, dass radiale Feldbereiche mit Geschwindigkeiten von 15–78 m/s (vergleichbar mit einem Hochgeschwindigkeitszug) in Richtung der Polarregionen wanderten, während die toroidale Strömung (parallel zur Oberfläche) in Richtung Äquator mit 9–19 m/s (durchschnittliche Autogeschwindigkeit) voranschreitet, beides wesentlich schneller als die entsprechenden Sonnenströmungen. Dies ist die erste Messung solcher meridianer, also polwärts gerichteter, und äquatorwärts gerichteter Strömungen auf einem anderen Stern als der Sonne.

„Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Meilenstein für das Verständnis magnetischer Dynamos – jener Motoren, die die Stern- und Sonnenaktivität antreiben“, sagt Dr. Julian Alvarado Gómez, Leiter der Studie und Forscher am AIP. „Durch den Vergleich des schnellen Magnetzyklus und der starken Aktivität von ι Hor mit dem gemächlicheren 22-Jahres-Rhythmus der Sonne gewinnen wir tiefere Einblicke in die Frage, wie solche Faktoren wie Rotationsgeschwindigkeit und Alter die magnetische Entwicklung eines Sterns beeinflussen.“ Darüber hinaus steuert die magnetische Aktivität Sternwinde, Flares und hochenergetische Strahlung – und prägt damit die Umgebung umlaufender Planeten. Die Erkenntnisse über ι Hor, der mindestens einen bekannten Exoplaneten beherbergt, geben Astronominnen und Astronomen Hinweise darauf, wie junge sonnenähnliche Sterne die Bewohnbarkeit von Welten in ihrem Umfeld beeinflussen könnten. Die vollständigen Ergebnisse sind im Artikel „Far beyond the Sun III: The Magnetic Cycle of ι Horologii“ in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.