Das Alter der Sonne hängt davon ab, wann man sie betrachtet

Obwohl sie bisher für vernachlässigbar gehalten wurde, beeinflusst die magnetische Aktivität der Sonne die Bestimmung ihres Alters. Dies geht aus einer Studie hervor, die von einem internationalen Team unter der Leitung eines Forschers der Universität Genf veröffentlicht wurde.

Ein internationales Team von Astronomen, angeführt von einem Forscher der Universität Genf , hat gezeigt, dass die magnetische Aktivität der Sonne einen signifikanten Einfluss auf ihre seismische Charakterisierung hat, entgegen den Vorhersagen in der Literatur. Davon hängen wichtige Daten ab, wie etwa ihre Größe, ihr Alter oder ihre chemische Zusammensetzung. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für weitere Forschungen, um die Natur der magnetischen Aktivität und ihren Einfluss auf die Sternoszillationen besser zu verstehen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics zu finden.

Die Asteroseismologie - oder Helioseismologie, wenn es um die Sonne geht - ist ein faszinierender Zweig der Astronomie, der sich mit der Erforschung der Schwingungen von Sternen befasst. "Um das zu verstehen, muss man sich einen Stern als einen großen Ball aus Gas vorstellen, der sich ständig in Bewegung befindet. Im Inneren dieses Sterns gibt es Wellen oder Pulsationen, die ihn zum Schwingen bringen, ähnlich wie der Ton, der in einem Musikinstrument erklingt", erklärt Jérôme Bétrisey, Postdoktorand an der Abteilung für Astronomie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Erstautor der Studie. "Diese Vibrationen bewirken, dass sich die Oberfläche des Sterns leicht bewegt und ihre Helligkeit regelmäßig verändert. Dank sehr präziser Instrumente können wir diese Helligkeitsschwankungen von der Erde oder aus dem Weltraum aus feststellen", so der Forscher weiter.

Der Symphonie der Sterne lauschen

Durch die Beobachtung dieser Veränderungen können Forscherinnen und Forscher viel über die innere Struktur eines Sterns erfahren und wichtige Merkmale wie seine Größe, sein Alter, seine chemische Zusammensetzung oder sein Stadium im stellaren Lebenszyklus bestimmen. Ein genaues Verständnis der Eigenschaften von Sternen ist unter anderem entscheidend, um die Eigenschaften der Planeten, die sie umgeben, zu bestimmen oder die Geschichte der Milchstraße nachzuvollziehen.

Trotz sehr großer Erfolge in den letzten Jahrzehnten hat die Asteroseismologie auch aufgezeigt, dass es große Unterschiede zwischen den Beobachtungen und den Vorhersagen theoretischer Modelle über die innere Funktionsweise von Sternen gibt. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Methoden entwickelt, um diese Abweichungen zu verringern, mit mehr oder weniger Erfolg. Allerdings berücksichtigt keine der aktuellen Methoden die magnetische Aktivität der Sterne, da ihr Einfluss auf die Ergebnisse als vernachlässigbar angesehen wird.

Das internationale Team unter der Leitung von Jérôme Bétrisey hat nun das Gegenteil bewiesen. Es hat festgestellt, dass das durch Helioseismologie ermittelte Alter der Sonne signifikant mit dem Aktivitätsniveau des Sonnenzyklus schwankt. Um eine Größenordnung zu nennen: Die Sonne ist etwa 4,6 Milliarden Jahre alt und zwischen den Sonnenminima wurden Schwankungen von bis zu 300 Millionen Jahren beobachtet. Obwohl diese Schwankungen im Vergleich zum Alter der Sonne klein erscheinen, sind sie bei dem Präzisionsniveau, das zukünftige Weltraummissionen erreichen werden, nicht mehr zu vernachlässigen.

Das seismische Alter der Sonne korreliert mit dem Zyklus der Sonnenaktivität.

Um die Auswirkungen der magnetischen Aktivität auf die Sonne besser zu verstehen, analysierten die Wissenschaftler 26,5 Jahre an Sonnendaten, die zwei vollständige Aktivitätszyklen abdeckten. Sie unterteilten diese Daten in etwa 90 kleine Serien von jeweils einem Jahr, die jeweils um drei Monate gegeneinander verschoben waren. Für jede dieser Serien wurde eine seismische Analyse durchgeführt, mit der gemessen wurde, wie sich die grundlegenden Eigenschaften der Sonne wie Masse, Radius und Alter im Laufe der Zeit verändert haben.

Zwei unabhängige Datensätze dienten dazu, die Robustheit der Ergebnisse zu überprüfen. Einer stammte aus dem Birmingham Solar Oscillations Network (BiSON), einem Netzwerk terrestrischer Teleskope der Universität Birmingham, und der andere aus dem GOLF-Instrument (Global Oscillations at Low Frequencies) an Bord des Satelliten SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), der seit Mitte der 1990er Jahre die Sonne umkreist.
Unabhängig von der getesteten Konfiguration korrelierte das helioseismologisch ermittelte Alter der Sonne mit dem Aktivitätsniveau des Sonnenzyklus. Sie maßen Abweichungen von durchschnittlich etwa 6% zwischen den Perioden des Sonnenminimums und -maximums, was im Vergleich zu der angestrebten Genauigkeit zukünftiger Weltraummissionen, die andere ähnliche Sterne analysieren werden, sehr signifikant ist. So strebt beispielsweise die PLATO-Mission (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) eine Genauigkeit von 10 % für das Alter eines Sterns wie der Sonne an.

Die Untersuchung der GOLF- und BiSON-Daten ergab außerdem, dass der Einfluss des Aktivitätszyklus auf das seismische Alter beim aktiveren der beiden untersuchten Zyklen stärker ausgeprägt ist. Dieses Ergebnis ist logisch und aus physikalischer Sicht zu erwarten. "Allerdings ist die Sonne kein besonders aktiver Stern, was darauf hindeutet, dass der Einfluss der magnetischen Aktivität bei aktiveren Sternen, wie denen, die PLATO aufspüren wird, sehr wichtig sein könnte", fügt Jérôme Bétrisey hinzu.

Eine strahlende Zukunft für die Untersuchung der magnetischen Aktivität von Sternen

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die magnetische Aktivität von Sternen eine große Herausforderung für zukünftige Weltraummissionen wie PLATO darstellt, insbesondere für die Charakterisierung der aktivsten Sterne. "Allerdings eröffnet diese Entdeckung auch viele spannende Forschungsperspektiven", schließt Jérôme Bétrisey.

Die magnetische Aktivität von Sternen beeinflusst die Sternoszillationen signifikant, was die genaue Bestimmung grundlegender Eigenschaften wie Masse, Radius und Alter von Sternen erschwert. Für zukünftige Weltraummissionen bedeutet dies, dass es notwendig sein wird, ausgefeiltere Methoden zu entwickeln, um diesen magnetischen Einfluss zu berücksichtigen. Die Herausforderungen, die die magnetische Aktivität mit sich bringt, werden die Forscher auch dazu ermutigen, dieses Phänomen weiter zu erforschen. Dies könnte zu einem besseren Verständnis der Sternphysik führen, insbesondere in Bezug auf die Art und Weise, wie Magnetfelder mit den inneren Schwingungen der Sterne interagieren. Die Forschung könnte auch unser Verständnis der Aktivitätszyklen von Sternen verbessern, die den Zyklen der Sonne ähnlich sind.