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Wie alt ist ein Stern?

Astronomen haben einige Werkzeuge, um Sterne zu untersuchen, mit denen sie das relative Alter herausfinden können, z. B. ihre Temperaturen und Helligkeit. Im Allgemeinen sind rötliche und orangefarbene Sterne älter und kühler, während bläulich weiße Sterne heißer und jünger sind. Sterne wie die Sonne können als „mittleren Alters“ betrachtet werden, da ihr Alter irgendwo zwischen ihren kühlen roten Ältesten und ihren heißen jüngeren Geschwistern liegt. Die allgemeine Regel ist, dass heißere und viel massereichere Sterne, wie die bläulichen Sterne in diesem Bild, wahrscheinlich ein kürzeres Leben führen. Aber welche Hinweise gibt es, um Astronomen zu sagen, 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 herausfinden können, das direkt mit dem Alter des Sterns zusammenhängt. Es verwendet die Spinrate eines Sterns (dh wie schnell er sich um seine Achse dreht). Wie sich herausstellt, verlangsamen sich die Spinraten der Sterne mit zunehmendem Alter der Sterne. Diese Tatsache faszinierte ein Forschungsteam am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics unter der Leitung des Astronomen 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 Sterns 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 Gefährten beteiligt sind, im Laufe der Zeit entwickeln. Die Kenntnis des Alters eines Sterns ist aus vielen Gründen wichtig, die mit der Sternentstehungsrate in Galaxien sowie der Bildung von Planeten zu tun haben .

Künstlerkonzept einer protoplanetaren Scheibe um einen neu gebildeten Stern. NASA

Es ist auch besonders relevant für die Suche nach Zeichen fremden Lebens außerhalb unseres Sonnensystems. Es hat lange gedauert, bis das Leben auf der Erde die Komplexität erreicht hat, die wir heute finden. 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 Spinrate eines Sterns hängt von seinem Alter ab, da er sich mit der Zeit stetig verlangsamt, so wie sich ein Kreisel, der sich auf einem Tisch dreht, nach einigen Minuten verlangsamt. Der Spin eines Sterns hängt auch von seiner Masse ab. Astronomen haben herausgefunden, dass größere, schwerere Sterne dazu neigen, sich schneller zu drehen als kleinere, 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.

Ein künstlerischer Eindruck eines weißen Zwergsterns im Orbit mit dem 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 von der Astronomin Sydney Barnes vom Leibniz-Institut für Physik in Deutschland vorgeschlagen. Es heißt „Gyrochronologie“ aus den griechischen Wörtern Gyros (Rotation), Chronos (Zeit / Alter) und Logos (Studie). Damit das Alter der Gyrochronologie genau und präzise ist, müssen Astronomen ihre neuen Sternuhren kalibrieren, indem sie die Spinperioden von Sternen mit bekanntem Alter und bekannter Masse messen. Meibom und seine Kollegen haben zuvor eine Gruppe von Milliarden Jahre alten Sternen untersucht. Diese neue Studie untersucht Sterne im 2,5 Milliarden Jahre alten Cluster NGC 6819 und erweitert damit die Altersspanne erheblich.

Den Spin eines Sterns zu messen ist keine leichte Aufgabe. Niemand kann nur anhand eines Sterns erkennen, wie schnell er sich dreht. Daher suchen Astronomen nach Änderungen ihrer Helligkeit, die durch dunkle Flecken auf ihrer Oberfläche verursacht werden – das stellare Äquivalent von Sonnenflecken. Diese sind Teil der 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 sich wieder aufhellt, wenn sich der Sonnenfleck außer Sichtweite dreht.

Diese Veränderungen sind sehr schwer zu messen, da sich ein typischer Stern um viel weniger als 1 Prozent verdunkelt. Und Zeit ist ein Thema. 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 umgangen, indem sie Daten aus dem Kepler- Raumschiff der NASA zur Planetenjagd verwendet haben . das präzise und kontinuierliche Messungen der Sternhelligkeit ermöglichte.

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

Das Team bewertete dann mehrere vorhandene Computermodelle, die die Spinraten von Sternen basierend auf ihrer Masse und ihrem Alter berechnen, 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 Achse.

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