Asymmetrische Sternflecken

Die Flecken auf der Sonne sind ein gutes Anzeichen für die magnetische Akti­vität unseres Zentral­gestirns. An den Stellen, an denen starke magne­tische Feld­linien das heiße Plasma an der Sonnen­ober­fläche fest­halten, verringert sich die Kon­vektion der äußersten Sonnen­schichten. Das führt zu einer Ab­kühlung und damit zu einer Verdun­kelung der Sonnen­ober­fläche. Aus Anzahl und Lage der Flecken lassen sich also wert­volle Infor­ma­tionen über die magne­tische Akti­vität eines ganzen Sterns gewinnen, insbe­sondere darüber, welche Art von Dynamo in seinem Innern herrscht. Das Verständnis dieser Prozesse ist vor allem deshalb wichtig, weil sich mit heutiger Techno­logie über­haupt nur wenige magne­tisch aktive Sterne in Hin­sicht auf ihre Flecken unter­suchen lassen. Unsere Sonne etwa weist ent­sprechend ihres elf­jährigen magne­tischen Zyklus Maxima und Minima bei Sonnen­flecken auf, wobei die Flecken vor allem in Bändern in Nähe des Äquators auf­treten.

Mit normalen Teleskopen ist eine solche Analyse für ferne Sterne nicht möglich. Auch die größten verfüg­baren Tele­skope besitzen keine hin­reichende Winkel­auf­lösung, um die Flecken auf den nächst­liegenden magne­tisch aktiven Sternen aufzu­finden. Bislang nutzten Astro­nomen deshalb vor allem den Doppler­effekt, um Stern­flecken nach­zu­weisen. Diese Methode hat jedoch einen Nach­teil, der sie für genauere Analysen der Dynamo­tätig­keit in fernen Sternen ein­schränkt: So erlaubt die Doppler­analyse zwar die Bestimmung, ob die Sonnen­flecken sich auf der zur Erde hin- oder von ihre weg­drehenden Seite befinden, nicht aber unbe­dingt, ob sie auf der oberen oder unteren Äquator­hälfte liegen. Auch ist nicht immer klar, ob manche polare Flecken sich vielleicht als Analyse-Arte­fakte ergeben.

Ein internationales Forscherteam um Rachael Roettenbacher von der University of Michigan hat deshalb mit Hilfe einer neuen Analyse­methode den Stern Zeta Andro­medae unter­sucht, der sich in einer Ent­fernung von rund 180 Licht­jahren befindet und der der größere Stern eines gebunden rotie­renden Doppel­stern­systems ist. Zeta Andro­medae ist ein orange leuchtender, heller Riesen­stern mit 16-fachem Sonnen­radius, der seinen Kompagnon über­strahlt. Die Forscher nutzten für ihre Beob­achtungen das aus sechs Tele­skopen bestehende CHARA-Array. Die im Infra­roten operierenden sechs Tele­skope haben zwar je nur einen Durch­messer von einem Meter, lassen sich aber inter­fero­metrisch zusammen­schalten. Dabei lässt sich die maximale Basis­länge zwischen 34 und 331 Metern variieren, was zu einer sehr hohen Winkel­auf­lösung von 0,5 Milli­bogen­sekunden führt.

„Unsere Bilder von Zeta Andromedae sind die ersten, die mit einer Sub-Milli­bogen­sekunden-Auf­lösung Stern­flecken über die gesamte Rotations­dauer eines magne­tisch aktiven Sterns abbilden”, sagt Roetten­bacher. So gab es zwar bereits inter­fero­metrische Auf­nahmen mit ähnlich guter Auf­lösung, die aber nur Moment­auf­nahmen aus einzelnen Beob­achtungs­nächten dar­stellen. Dank eines neuen, eigens für der­artige Analysen ent­wickelten Software­pakets gelang es den Forschern, die gesamte Stern­ober­fläche über eine komplette, 17,7 Tage dauernde Rotations­periode auf­zu­nehmen und abzu­bilden. Für ihre Bild­analyse­methode kombi­nierten die Forscher Techniken aus der Doppler-Bild­gebung mit inter­fero­metrischen Verfahren. Ihre Analyse-Software wollen die Forscher demnächst in einer eigenen Publi­kation vorstellen.

Außerdem konnten die Forscher zwei Messungen aus dem Juli 2011 und dem September 2013 kombi­nieren, wobei sie zu beiden Zeiten einen großen Fleck am Nord­pol und ansonsten variable, asymme­trisch verteilte Stern­flecken fanden. Das ist ein interes­santer Gegensatz zur Sonne mit ihrer stärker symme­trischen und äquatornahen Aus­prägung von Flecken. Damit lässt sich ein sonnen­ähnlicher Dynamo für Zeta Andro­medae bereits aus­schließen – auch wenn bislang zu wenige Daten vor­liegen, um weiter­reichende Schlüsse über das Innere dieses Sterns zu ziehen.

Die Astronomen versprechen sich von ihrer Arbeit insbesondere Auf­schluss über junge Sterne – wie etwa auch unsere Sonne zur Zeit der Ent­stehung unseres Sonnen­systems. Zwar ist Zeta Andro­medae ein anderer Typ Stern, doch mit einer im Vergleich zu seiner Größe kurzen Rotations­dauer und großen äußeren Konvek­tions­zone entspricht er Sternen wie der jungen Sonne, was die magne­tische Akti­vität angeht. „Indem wir Sterne wie Zeta Andro­medae studieren, wollen wir auch besser verstehen, welche Bedingungen zur Ent­stehung der Erde nötig waren”, so Roetten­bacher. Sehr viel besser zu analy­sierende Kandi­daten werden wohl auch erst mit künftigen Techno­logien er­forschbar werden.

Dirk Eidemüller

RK