Magnetische Weiße Zwerge älter als angenommen?
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Göttingen astronews.com
21. Oktober 2014
Einige Weiße Zwerge könnten älter sein, als man bislang
geglaubt hatte. Astronomen haben nämlich herausgefunden, dass das Alter der
meisten magnetischen Weißen Zwerge möglicherweise unterschätzt wird, da deren
starkes Magnetfeld das Abkühlen der Sterne beeinflusst. Dies könnte zu einer
ganz neuen Interpretation des Abkühlverhaltens solcher Weißen Zwerge führen.
Verhältnis
zwischen Magnetfeldern (rot) und Temperatur
(grau) auf der Oberfläche des Weißen Zwerges WZ
1953-011 in verschiedenen Rotationsphasen.
Bild: Universität Göttingen
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Weiße Zwerge sind die Überbleibsel von Sternen, deren Masse in etwa der Masse
unserer Sonne entspricht. Es handelt sich um das Endstadium in der Entwicklung
dieser Sterne. Da im Inneren eines Weißen Zwerges keine Kernfusion stattfindet,
kühlen sie sich immer weiter ab - ähnlich wie ein Topf mit heißem Wasser, der
von der Kochplatte genommen wird. Es besteht daher ein unmittelbarer
Zusammenhang zwischen der Oberflächentemperatur und dem Alter des Weißen
Zwerges.
Besitzt der Vorläufer eines Weißen Zwerges ein Magnetfeld, wird dieses durch
den Kontraktionsprozess bei seiner Entwicklung hin zu einem WZ um mehrere
Größenordnungen verstärkt. Auf diese Weise entstehen sogenannte magnetische
Weiße Zwerge. Da Magnetfelder mit der Zeit abklingen und sich die
Oberflächentemperatur von Weißen Zwergen während ihrer Abkühlung verringert,
könnte man erwarten, dass mehr Weiße Zwerge mit geringen oder nicht vorhandenen
Magnetfeldern bei kühleren Temperaturen existieren.
Das Gegenteil scheint allerdings der Fall zu sein: Wissenschaftler fanden
heraus, dass das Magnetfeld möglicherweise die globale Oberflächenkonvektion in
kalten magnetischen Weißen Zwergen kontrolliert. "Bei der Analyse der
Lichtvariabilität des kalten Weißen Zwerges WZ 1953-011 haben wir einen direkten
Zusammenhang zwischen der lokalen Magnetfeldstärke und der Oberflächentemperatur
gefunden", erklärt Dr. Denis Shulyak vom Institut für Astrophysik der
Universität Göttingen, der an den Untersuchungen beteiligt war.
Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass das Magnetfeld die atmosphärische
Konvektion unterdrückt, wodurch auf der Oberfläche des Sterns dunkle Flecken in
den magnetisch aktiven Regionen entstehen, ähnlich wie Sonnenflecken. Im
Unterschied zu Sonnenflecken jedoch, die eine kurze Lebensdauer von einigen
Wochen bis Monaten haben, sind die magnetischen Verhältnisse und ihre
assoziierten Temperaturen auf WZ 1953-011 seit mindestens zehn Jahren
unverändert und damit äußerst stabil. "Aus diesem Grund sollte die Mehrheit von
konvektiven magnetischen Weißen Zwergen photometrische Variabilität zeigen. Und
das haben Astronomen in der Tat auch beobachtet", so Shulyak.
Ein so starkes globales Magnetfeld ist in der Lage, konvektive Strömungen auf
der gesamte Oberfläche und selbst tief im Inneren des Stern zu bremsen. "In
Weißen Zwergen mit Oberflächentemperaturen unterhalb von etwa 12.000 Kelvin
transportiert die Konvektion einen erheblichen Teil des gesamten Energieflusses
von tieferen Schichten zur Oberfläche. Dessen Unterdrückung durch starke
Magnetfelder vermindert somit die Leuchtkraft", erklärt Shulyak.
"Wenn man jetzt noch bedenkt, dass die Abkühlungszeit von WZ invers
proportional zu ihrer Leuchtkraft ist, dann sollten Objekte mit global
unterdrückter Konvektion längere Abkühlungszeiten als ihre nicht-magnetischen
Zwillinge haben. Daher liefert die magnetische Unterdrückung der Abkühlung eine
natürliche Erklärung für die erhöhte Anzahl von magnetischen Weißen Zwergen bei
kühleren Temperaturen, wo Konvektion der dominierende
Energietransportmechanismus ist. Dieses Ergebnis stimmt vollkommen mit
theoretischen Vorhersagen überein", erläutert Shulyak.
Die Analyse der photometrischen Variabilität von magnetischen Weißen Zwergen
und deren unerwartet hohen Häufigkeit, verglichen mit nicht-magnetischen
Sternen, sowie ihre hohe Dispersion der räumlichen Geschwindigkeiten (welche
Information über das Alter des Sterns enthält) deuten unmittelbar auf die
Existenz von magnetischer Unterdrückung der Abkühlung in stark magnetischen,
isolierten Weißen Zwergen hin.
"Wenn wir uns den Weißen Zwerg als einen Topf mit heißem Wasser vorstellen,
der zum Abkühlen auf einem Tisch steht, dann wird ein Deckel seine Abkühlung
verlangsamen. Starke Magnetfelder in Weißen Zwergen fungieren als eine Art
Deckel, die deren Konvektion und damit deren Wärmeverlust unterdrücken. Unsere
Ergebnisse implizieren, dass das Alter der meisten magnetischen und kühlen
magnetische Weiße Zwerge unterschätzt wird", meint Shulyak.
Dies könnte, so der Wissenschaftler, zu einer neuen Interpretation des
Ablaufs der Abkühlung in magnetischen Weißen Zwergen führen, was wiederum auch
Folgen für das Verständnis der Entwicklung der Galaxie haben könnte.
Über die Ergebnisse der aktuellen Studie berichten die Wissenschaftler jetzt
in einem Fachartikel in der Zeitschrift Nature.
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