Spin kann das Alter eines Sterns anzeigen

Astronomen haben ein paar Werkzeuge, mit denen sie Sterne untersuchen können, um das relative Alter zu bestimmen, z. B. ihre Temperaturen und ihre Helligkeit. Im Allgemeinen sind rötliche und orangefarbene Sterne älter und kühler, während bläulichweiße Sterne heißer und jünger sind. Sterne wie die Sonne können als "im mittleren Alter" angesehen werden, da ihr Alter irgendwo zwischen ihren kühlen roten Ältesten und ihren heißen jüngeren Geschwistern liegt. Die allgemeine Regel lautet, dass heißere und massereichere Sterne, wie die bläulichen Sterne in diesem Bild, wahrscheinlich ein kürzeres Leben führen. Aber welche Hinweise gibt es, um Astronomen mitzuteilen, wie lange diese Leben dauern werden?

Diese Region des Weltraums enthält sehr heiße, junge Sterne. Wie lange sie leben und wie sie sterben, sagt viel über die Lebenszyklen der Sterne im Kosmos aus. Der sehr massive Stern R136a1 liegt in dieser sternbildenden Region in der Großen Magellanschen Wolke (einer Nachbargalaxie der Milchstraße). NASA / ESA / STScI

Es gibt ein äußerst nützliches Werkzeug, mit dem Astronomen das Alter von Sternen bestimmen können, das direkt mit dem Alter des Sterns zusammenhängt. Es verwendet die Rotationsrate eines Sterns (das heißt, wie schnell er sich um seine Achse dreht). Wie sich herausstellt, verlangsamen sich die Sternspinraten mit zunehmendem Alter der Sterne. Diese Tatsache faszinierte ein Forscherteam bei Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik, angeführt von Astronom Soren Meibom. Sie beschlossen, eine Uhr zu konstruieren, die die Sternspins messen und so das Alter des Sterns bestimmen kann.

Warum ist es wichtig, das Alter eines Stars zu kennen??

Die Fähigkeit, das Alter von Sternen zu bestimmen, ist die Grundlage für das Verständnis, wie sich astronomische Phänomene, an denen Sterne und ihre Begleiter beteiligt sind, im Laufe der Zeit entwickeln. Das Alter eines Sterns zu kennen, ist aus vielen Gründen wichtig, die mit der Sternentstehungsrate in Galaxien sowie der Planetenentstehung zu tun haben. 

Künstlerkonzept einer protoplanetaren Scheibe um einen neu gebildeten Stern. NASA

Es ist auch besonders wichtig für die Suche nach Anzeichen von fremdem Leben außerhalb unseres Sonnensystems. Es hat lange gedauert, bis das Leben auf der Erde die Komplexität erreicht hat, die wir heute vorfinden. Mit einer genauen Sternuhr können Astronomen Sterne mit Planeten identifizieren, die so alt sind wie unsere Sonne oder älter.

Die Drehung eines Sterns erzählt die Geschichte

Die Rotationsgeschwindigkeit eines Sterns hängt von seinem Alter ab, da sie mit der Zeit stetig langsamer wird, so wie eine Spitze, die sich auf einem Tisch dreht, nach ein paar Minuten langsamer wird. Die Drehung eines Sterns hängt auch von seiner Masse ab. Astronomen haben festgestellt, dass größere und schwerere Sterne sich schneller drehen als kleinere und leichtere. Es gibt eine enge mathematische Beziehung zwischen Masse, Spin und Alter. Messen Sie die ersten beiden und es ist relativ einfach, die dritte zu berechnen.

Eine künstlerische Darstellung eines weißen Zwergsterns im Orbit mit Pulsar PSR J2222-0137. Es ist vielleicht der coolste und dunkelste weiße Zwerg, der jemals identifiziert wurde. Die Spinrate dieses Sterns gibt Astronomen Hinweise auf seinen Alterungsprozess. B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

Diese Methode wurde erstmals 2003 vom Astronomen Sydney Barnes vom Leibniz-Institut für Physik in Deutschland vorgeschlagen. Es heißt "Gyrochronologie" von den griechischen Wörtern Gyros (Drehung), Chronos (Zeit / Alter) und Logos (Studie). Damit das Gyrochronologie-Alter genau und genau ist, müssen Astronomen ihre neuen Sternuhren kalibrieren, indem sie die Spinperioden von Sternen mit bekanntem Alter und bekannter Masse messen. Zuvor untersuchten Meibom und seine Kollegen eine Ansammlung von milliarden Jahre alten Sternen. Diese neue Studie untersucht Sterne im 2,5 Milliarden Jahre alten Cluster NGC 6819 und erweitert damit die Altersspanne erheblich.

Die Drehung eines Sterns zu messen, ist keine leichte Aufgabe. Niemand kann es nur an einem Stern erkennen, wie schnell er sich dreht. Daher suchen Astronomen nach Änderungen in der Helligkeit, die durch dunkle Flecken auf der Oberfläche verursacht werden - das stellare Äquivalent von Sonnenflecken. Diese gehören zur normalen Aktivität der Sonne und können genau wie Sternflecken verfolgt werden. Im Gegensatz zu unserer Sonne ist ein entfernter Stern jedoch ein ungelöster Lichtpunkt. Astronomen können also keinen Sonnenfleck direkt über der Sternscheibe sehen. Stattdessen achten sie darauf, dass sich der Stern leicht verdunkelt, wenn ein Sonnenfleck erscheint, und wieder aufhellt, wenn sich der Sonnenfleck aus dem Blickfeld dreht.

Diese Änderungen sind sehr schwer zu messen, da ein typischer Stern um viel weniger als 1 Prozent schwächer wird. Und Zeit ist ein Problem. Für die Sonne kann es Tage dauern, bis ein Sonnenfleck das Gesicht des Sterns überquert. Gleiches gilt für Sterne mit Sternflecken. Einige Wissenschaftler haben dies durch die Verwendung von Daten aus der NASA-Planetenjagd umgangen Kepler Raumschiff, das präzise und kontinuierliche Messungen von Sternenhelligkeiten lieferte.

Ein Team untersuchte mehr Sterne mit einem Gewicht von 80 bis 140 Prozent als die Sonne. Sie waren in der Lage, die Drehungen von 30 Sternen in Zeiträumen von 4 bis 23 Tagen zu messen, verglichen mit der gegenwärtigen 26-tägigen Drehungsperiode der Sonne. Die acht sonnenähnlichen Sterne in NGC 6819 haben eine durchschnittliche Spinperiode von 18,2 Tagen, was stark darauf hindeutet, dass die Sonnenperiode ungefähr diesen Wert hatte, als sie 2,5 Milliarden Jahre alt war (vor ungefähr 2 Milliarden Jahren)..

Anschließend bewertete das Team mehrere vorhandene Computermodelle, mit denen die Spinraten von Sternen anhand ihrer Massen und ihres Alters berechnet wurden, und bestimmte, welches Modell am besten zu ihren Beobachtungen passte.

Kurzinformation

• Die Spinrate hilft Astronomen dabei, Informationen über das Alter und die Entwicklung eines Sterns zu ermitteln.
• Die Forscher untersuchen kontinuierlich die Spinraten, um zu verstehen, wie sich verschiedene Arten von Sternen im Laufe der Zeit verändern.
• Unsere Sonne dreht sich wie andere Sterne um ihre eigene Achse.