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Mittwoch, 28.09.2016
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Sterne: Flimmern verrät Schwerkraft

Durch Zufall entdecken Astronomen eine neue Methode, um die Schwerkraft ferner Sterne zu messen

Das Licht eines Sterns verändert sich ständig: Dunkle Stellen und auch die Struktur seiner brodelnden Oberfläche lassen es schwanken. Fast durch Zufall haben nun Astronomen entdeckt, dass in diesem Flackern wertvolle Informationen stecken. Denn das Verhältnis von größeren und kleineren Variationen verrät, wie groß und alt ein Stern ist. Das Besondere daran: Dieses Flackern und Flimmern kann man sogar in Töne umwandeln und so das Stadium eines Sterns sogar "erhören", wie die Forscher im Fachmagazin "Nature" berichten.

Dieses Video erklärt, wie sich das Flimmern und Flackern des Sternenlichts in Töne umwandeln lässt und was es verrät.

Wenn bei uns am Nachthimmel die Sternen zu flackern scheinen, dann liegt dies meist an Turbulenzen in der Atmosphäre, die unsere Sicht auf das Sternenlicht stören und verzerren. Aber auch aus dem All betrachtet leuchtet ein Stern nicht gleichmäßig, wie Aufnahmen unserer Sonne durch Weltraumteleskope belegen: Ihre Oberfläche ist von helleren und dunkleren Flecken durchsetzt, die ihre Größe und Form verändern und durch die Drehung des Sterns mal zu sehen sind, mal wieder verschwinden. Und selbst dort, wo keine Sonnenflecken liegen, wirkt die Sonnenoberfläche wie gekörnt: Das auf- und absteigende Plasma erzeugt eine Struktur, die ebenfalls das Leuchten des Sterns beeinflusst.

Das Weltraumteleskop Kepler durchmustert den Himmel auf der Suche nach fernen Exoplaneten und nimmt dabei auch das Licht von Sternen genauer ins Visier. Diesen Datensatz nutzte auch die Astronomin Fabienne Bastien von der Vanderbilt University in Nashville, als sie entdeckte, welche Information sich im Flackern und Flimmern des Sternenlichts verbirgt. "Ich war gerade dabei, verschiedene Parameter auszuwerten, um nach etwas zu suchen, das mit der Stärke der stellaren Magnetfelder korreliert", erklärt die Forscherin. Dazu nutzte sie eine spezielle Visualisierungs-Software.

Modell der Plasma-Körnung an der Oberfläche verschiedener Sterne

Modell der Plasma-Körnung an der Oberfläche verschiedener Sterne

Flimmern verrät Schwerkraft


"Das was ich suchte, habe ich nicht gefunden, aber dafür eine Korrelation zwischen bestimmten Mustern des Lichtflackerns und der Sternen-Schwerkraft", so Bastien. Wie sich zeigte, verrät das leichte Flimmern, dass durch die Körnung der Sternoberfläche entsteht, die Stärke der Schwerkraft an der Sternenoberfläche. Letztere ist eine wertvolle Information, denn aus der Gravitation an der Sternoberfläche können die Astronomen auf die Dichte und Größe des Sterns schließen - und damit auch, in welchem Entwicklungsstadium der Stern gerade ist.


Je größer der Stern und je geringer seine Schwerkraft an der Oberfläche, desto grobkörniger wird das Plasma - das feine Lichtflimmern verstärkt sich. Kleine, sehr dichte Sterne dagegen rotieren schnell und ihr Plasma ist feinkörniger. Ihr Licht flimmert daher kaum, weist dafür aber mehr Schwankungen durch die mitrotierenden Sternflecken auf.

"Das könnte der Durchbruch sein, den wir brauchen, um die Größen von hunderten weiteren Sternen und Exoplaneten zu bestimmen", kommentiert Maria Womack von der US-National Science Foundation die Ergebnisse. Denn bisher war die Bestimmung der Schwerkraft ferner Sterne schwierig und relativ ungenau. Nimmt dagegen man das Sternenflimmern als Messhilfe, sinkt der Unsicherheitsfaktor auf unter 25 Prozent - das ist im Verhältnis zu den meisten anderen Methoden sehr wenig.

Töne statt Kurven


Normalerweise stellt das Auswerte-Programm, das Bastien und ihre Kollegen nutzen, das Flackern und Flimmern des Sternenlichts als Kurven dar. Aber diese Kurven lassen sich auch in Töne umwandeln, wie dieses "Nature"- Video demonstriert: Das feine Flimmern der Plasmakörnung wird dann zu einem Rauschen, die Sternflecken und ihre Bewegung mit der Rotation des Sterns zu höheren oder niedrigeren Tönen.

Am Klang allein lässt sich dann "erhören", ob das Licht von einem normalgroßen, jungen Stern wie beispielsweise der Sonne stammt, oder aber von einem Roten Riesen am Ende seines Lebenszyklus. Denn bei den gigantischen Roten Riesen überwiegt das Rauschen, das durch die Körnung des Plasmas entsteht. Bei der Sonne dagegen oder einem noch kleineren, schneller rotierenden Stern, erzeugen die mal auftauchenden, mal verschwindenden Sternflecken Kurven mit größeren Ausschlägen - hörbar als Ton. Weil die Körnung des Plasmas eher fein ist, ist ihnen dafür kaum Rauschen zu hören. (Nature, 2013; doi: 10.1038/nature12419)
(Nature, 22.08.2013 - NPO/MVI)
 
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