Magnetfelder in heißen Sternen

Erstmalig wurden Magnetfelder in drei masse­reichen, heißen Sternen in unseren Nachbargalaxien, den Großen und Kleinen Magellan­schen Wolken, nachgewiesen. Während magnetische masse­reiche Sterne bereits in unserer eigenen Galaxie entdeckt wurden, ist die Entdeckung des Magnetismus in den Magellanschen Wolken von besonderer Bedeutung, da es in diesen Galaxien eine starke Population von jungen masse­reichen Sternen gibt. Dies bietet eine einmalige Gelegen­heit, die aktive Stern­entstehung und die maximale Masse zu untersuchen, die ein stabiler Stern haben kann.

Der Magnetismus gilt als Schlüssel­komponente bei der Entwicklung massereicher Sterne und hat weitreichende Auswirkungen auf deren endgültiges Verhalten. Es sind die massereichen Sterne mit anfänglich mehr als acht Sonnenmassen, die am Ende ihrer Entwicklung Neutronen­sterne und schwarze Löcher zurücklassen. Spektakuläre Verschmelzungen solcher kompakten Überbleibsel wurden von Gravitations­wellen-Obser­vatorien bereits beobachtet. Darüber hinaus schlagen einige Theorien einen magnetischen Mechanismus für die Explosion massereicher Sterne vor, der für Gammastrahlen­ausbrüche, Röntgenblitze und Supernovae relevant ist. „Untersuchungen von Magnetfeldern in massereichen Sternen in Galaxien mit jungen Stern­populationen liefern entscheidende Informationen über die Rolle von Magnetfeldern bei der Stern­entstehung im frühen Universum mit nicht durch Metalle verunreinigtem Stern­entstehungsgas“, sagt Swetlana Hubrig vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

Stellare Magnetfelder werden mittels Spektro­polarimetrie gemessen. Dazu wird das zirkular polarisierte Sternenlicht aufgezeichnet und die kleinsten Änderungen in den Spektrallinien werden untersucht. Um die notwendige Genauigkeit der Polarisations­messungen zu erreichen, benötigt diese Methode jedoch Daten von hoher Qualität. „Die Methode ist extrem hungrig nach Photonen. Das ist eine besondere Heraus­forderung, denn selbst die hellsten massereichen Sterne, die mehr als acht Sonnenmassen haben, sind bei der Beobachtung in unseren Nachbar­galaxien, der Großen und der Kleinen Magellanschen Wolke, relativ lichtschwach", erklärt Silva Järvinen vom AIP. Aufgrund dieser Bedingungen sind herkömmliche hochauflösende Spektro­polarimeter und kleinere Teleskope für solche Untersuchungen ungeeignet. Deshalb wurde das niedrig auflösende Spektro­polarimeter FORS2 verwendet, das auf einem der vier Acht-Meter-Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Süd­sternwarte (ESO) montiert ist. 

rühere Versuche, Magnetfelder in masse­reichen Sternen außerhalb unserer Galaxie nachzuweisen, blieben bisher ohne Erfolg. Diese Messungen sind komplex und hängen von mehreren Faktoren ab. Das Magnetfeld, das mit zirkularer Polarisation gemessen wird, wird als longi­tudinales Magnetfeld bezeichnet und entspricht ausschließlich der Feld­komponente, die in Richtung des Beobachters zeigt. Es ist vergleichbar mit dem Licht eines Leuchtturms, das leicht zu sehen ist, wenn der Strahl in Richtung des Beobachters strahlt. Da die Magnetfeld­struktur in massereichen Sternen in der Regel durch einen globalen Dipol mit einer zur Rotations­achse geneigten Achse gekennzeichnet ist, kann die Stärke des longitudinalen Magnetfelds in Rotations­phasen gleich Null sein, wenn der Beobachter direkt auf den magnetischen Äquator des rotierenden Sterns blickt. Die Nachweis­barkeit des Polarisations­signals hängt auch von der Anzahl der Spektral­merkmale ab, die zur Untersuchung der Polarisation verwendet werden. Die Beobachtung eines breiteren Spektral­bereichs mit einer größeren Anzahl von spektralen Merkmalen ist vorzuziehen. Darüber hinaus sind längere Belichtungs­zeiten entscheidend für die Aufnahme polari­metrischer Spektren mit einem ausreichend hohen Signal-Rausch-Verhältnis.

Unter Berück­sichtigung dieser wichtigen Faktoren führte das Team spektro­polarimetrische Beobachtungen von fünf massereichen Sternen in den Magellanschen Wolken durch. Beobachtet wurden zwei vermutlich einzelne Sterne, die typische spektrale Eigenschaften für magnetische massereiche Sterne aufweisen, wie sie in unserer eigenen Galaxie üblich sind, sowie ein massereiches Doppelstern­system, das aktiv miteinander in Wechsel­wirkung steht (Cl*NGC346 SSN7), wurden untersucht. Dieses Doppelstern­system befindet sich im Kern der massereichsten Sternentstehungs­region NGC346 in der Kleinen Magellanschen Wolke. Dabei gelang es, Magnetfelder in der Größenordnung von Kilogauss nachzuweisen. Auf der Oberfläche unserer Sonne können solch starke Magnetfelder nur in kleinen, stark magne­tisierten Regionen – den Sonnenflecken – nachgewiesen werden. Die berichteten Magnetfeld­nachweise in den Magellanschen Wolken sind der erste Hinweis darauf, dass die Bildung massereicher Sterne in Galaxien mit jungen Stern­populationen ähnlich abläuft wie in unserer Galaxie.

AIP / JOL