Quelle: AIP 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – 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 Dr. Swetlana Hubrig vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und Erstautorin der Studie.

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 Dr. 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 8-Meter-Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) montiert ist.

Frühere 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 AIP-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). 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.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Publikation
Detection of extragalactic magnetic massive stars
S. Hubrig , M. Schöller , S. P. Järvinen , A. Cikota , M. Abdul-Masih ,
A. Escorza , and R. Jayaraman
A&A, 686, L4 (2024)
doi.org/10.1051/0004-6361/202449793
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa49793-24/aa49793-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/06/aa49793-24.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Stellare Magnetfelder
• Magellansche Wolken

Der Beitrag Erste Entdeckung von magnetischen massereichen Sternen außerhalb unserer Galaxie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: AIP 28. März 2023.

28. März 2023 – Die Ergebnisse verbessern erheblich das Verständnis massereicher Sterne und ihre Rolle als Vorläufer von Supernovaexplosionen.

Blaue, sogenannte O-Typ-Sterne gehören zu den massereichsten Sternen in unserem Universum mit einer Masse von mehr als dem 18-fachen unserer Sonne. Zwar sind sie selten, aber so heiß und leuchtstark, dass vier der 90 hellsten von der Erde aus sichtbaren Sterne zu dieser Kategorie gehören. Sie sind von außerordentlicher Bedeutung, weil sie energiereiche physikalische Prozesse in Gang setzen, die die Struktur ganzer Galaxien beeinflussen und die Regionen zwischen den Sternen chemisch anreichern. In diesen Bereichen mit aktiver Sternentstehung, wie den Spiralarmen einer Galaxie, oder in Galaxien, die gerade kollidieren oder verschmelzen, findet man normalerweise O-Typ-Sterne. Solche massereichen Sterne sind für magnetische Studien von besonderem Interesse, da sie ihre Entwicklung explosionsartig als Supernova beenden und ein kompaktes Objekt wie einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch als Überrest hinterlassen.

Doppelsterne sind Systeme aus zwei Sternen, die durch die Schwerkraft aneinander gebunden sind und sich gegenseitig umkreisen. Wenn beide Komponenten Sterne vom Typ O sind, kann das Doppelsternsystem zu einem kompakten Objekt werden. Am Ende ihres Lebens erzeugen sehr massereiche Sterne ein Schwarzes Loch, während die weniger massereichen Sterne vom Typ O als Neutronensterne enden, wenn sie als Supernova „sterben“. Aus den Doppelsternen können also zwei Neutronensterne, ein Neutronenstern und ein Schwarzes Loch oder zwei Schwarze Löcher entstehen. Die Umlaufbahnen dieser Objekte verringern sich durch die Emission von Gravitationswellen und können von Gravitationswellendetektoren beobachtet werden.

Wie die Sonne haben auch massereiche Sterne stellare Winde – einen energiereichen Strom von geladenen Teilchen. Dieses Plasma reagiert auf das Magnetfeld des Sterns. Dadurch entsteht eine Struktur, eine Magnetosphäre, die alle Sterne und Planeten mit Magnetfeldern besitzen, einschließlich der Erde, die dadurch vor energiereicher kosmischer Strahlung geschützt ist. Das Plasma, das sich mit Tausenden von Kilometern pro Sekunde bewegen kann, ist dabei extremen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Eine wissenschaftliche Theorie ist, dass dieser magnetische Mechanismus die eng gebündelte Explosion massereicher Sterne verursacht, und damit für langanhaltende Gammastrahlenausbrüche, Röntgenblitze und andere Phänomene in Zusammenhang mit Supernovae von Bedeutung ist.

Eine theoretische Erklärung für den Einfluss von Magnetfeldern auf Supernovae oder lang andauernde Gammastrahlenausbrüche wurde zwar schon vor Jahrzehnten vorgeschlagen, aber seither wurde nur von elf Sternen vom Typ O berichtet, die Magnetfelder aufweisen. Mit Ausnahme eines Sterns handelte es sich bei allen um Einzelsterne oder weite Doppelsterne. Diese Tatsache war sehr rätselhaft, da frühere Studien gezeigt hatten, dass über 90 % der Sterne vom Typ O in Mehrfachsystemen mit zwei oder mehr Sternen entstehen. In der Tat waren viele Astronominnen und Astronomen über die relativ geringe Anzahl von Magnetfeldnachweisen bei massereichen Sternen verwirrt, da sie einige der beobachteten physikalischen Eigenschaften von Mehrfachsystemen nicht interpretieren konnten, ohne die Wirkung eines Magnetfeldes zu berücksichtigen.

Um diese Diskrepanz zu beheben, führten die Autorinnen und Autoren der neuen Studie eine magnetische Untersuchung durch, bei der sie archivierte spektropolarimetrische Beobachtungen von Sternsystemen mit mindestens einer Komponente vom Typ O verwendeten. Die Spektropolarimetrie misst die Polarisation des Lichts, die Aufschluss über das Vorhandensein eines Magnetfelds in einem Stern gibt. Sie verwendeten Daten der hochauflösenden Spektropolarimeter HARPS, das am 3,6-Meter-Teleskop der ESO auf La Silla/Chile installiert ist, und ESPaDOnS am Canada-France-Hawaii-Teleskop auf Mauna Kea. Um die Daten zu analysieren, entwickelten sie ein spezielles, ausgeklügeltes Verfahren zur Messung des Magnetfeldes.

„Zu unserer Überraschung zeigten die Ergebnisse eine sehr hohe Häufigkeit des Magnetismus in diesen Mehrfachsystemen. In 22 der 36 untersuchten Systeme wurden definitiv Magnetfelder nachgewiesen, während nur drei Systeme keinerlei Anzeichen eines Magnetfeldes aufwiesen“, erklärt Dr. Silva Järvinen, Wissenschaftlerin in der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten am AIP. „Die große Anzahl von Systemen mit magnetischen Komponenten gibt Rätsel auf, deutet aber wahrscheinlich darauf hin, dass die Tatsache, dass diese Sterne sich als Doppelsternsysteme entwickelt haben, eine entscheidende Rolle bei der Erzeugung von Magnetfeldern in massereichen Sternen spielt, und zwar durch Wechselwirkungen zwischen den Systemkomponenten, wie z. B. Massentransfer zwischen den Sternen oder sogar durch eine Verschmelzung zweier Sterne. Diese Arbeit ist auch die erste Beobachtungsbestätigung für das zuvor vorgeschlagene theoretische Szenario, wie das Magnetfeld eines Sterns seinen Tod beeinflusst und eine schnellere und heftigere Supernovaexplosion verursacht“, fährt Dr. Swetlana Hubrig fort.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Originalveröffentlichung
S Hubrig, S P Järvinen, I Ilyin, M Schöller, R Jayaraman, Are magnetic fields universal in O-type multiple systems?, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023.
DOI: doi.org/10.1093/mnras/stad730
https://academic.oup.com/mnras/article/521/4/6228/7085749

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Sternentwicklung

Der Beitrag AIP: Magnetische schwergewichtige Sterne brauchen Gesellschaft erschien zuerst auf Raumfahrer.net.