Das Alter sonnenähnlicher Sterne

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Der Cluster NGC 6819, dessen Sterne ungefähr 2.5 Milliarden Jahre alt sind. Astronomen haben von dreißig sonnenähnlichen Sternen in diesem Cluster die Rotationsperioden gemessen und genutzt, Eichungen zu verbessern, mit denen aus der Rotationsperiode auf das Alter eines Sterns geschlossen wird.

 

Die Masse eines Sterns ist wohl seine wichtigste Eigenschaft. Sie bestimmt, wie hell er strahlt (ein Stern mit der zehnfachen Sonnenmasse wird während seiner normalen Lebensspanne ungefähr vierzig Millionen Mal heller leuchten als ein Stern, der um das zehnfache masseärmer als die Sonne ist), wie lange er existieren wird (in diesen beiden Fällen zig Millionen beziehungsweise zig Milliarden Jahre) und wie er letztlich sterben wird (entweder in einer Supernova oder einem langsam auskühlenden Klumpen Asche). Die nächste wichtige Eigenschaft eines Sterns ist sein Alter, welches seine augenblickliche Beschaffenheit, das Alter seines Planetensystems und den Entwicklungszustand seiner Umgebung festlegt und das darüber hinaus genutzt werden kann, Einzelheiten in der Theorie der Sternentwicklung zu verbessern.

Unglücklicherweise ist das Alter der häufigsten Sterne – kühle Sterne mittlerer Masse so wie die Sonne, und kleiner – schwer zu erlangen. Herkömmliche Datierungsmethoden nutzen stellare Eigenschaften, die sich entweder sehr wenig während der Alterung des Sterns ändern oder aber schwer zu bestimmen sind. Rotation liefert eine wichtige Alternative. Sterne rotieren (die Sonne rotiert näherungsweise einmal alle 26 Tage) und Astronomen wissen, daß die Rotationsrate eines kühlen Sterns mit der Zeit abnimmt. Rotation kann eine zuverlässige Bestimmungsgröße für das Sternalter bieten, wenn sie auf richtige Art und Weise geeicht werden kann, insbesondere über zahlreiche stellare Massen. Sterne in Clustern liefern ausgezeichnete Referenzobjekte, da sie alle offensichtlich ein ähnliches Alter besitzen. Solche Alterseichungen sind in der Tat durchgeführt worden, aber bisher nur für Sterne in Haufen, die weniger als etwa eine Milliarde Jahre alt sind, in keinem Fall aber älter. Dies liegt zum Teil daran, daß junge Sterne mit zunehmendem Alter sehr schnell ihren Drehimpuls, hauptsächlich durch magnetisch angetriebene Winde, verlieren und nach ungefähr 600 Millionen Jahren gibt es ein wohldefinierte Beziehung von Masse und Rotation. Die Sterne der Hyaden liegen in diesem Altersbereich und sind verwendet worden, um die Rotationsparameter für diese junge Gruppe festzulegen. Am älteren Ende der Eichsequenz besitzt die Sonne mit einem Alter von 4.6 Milliarden Jahren eine bekannte Rotationsdauer. Es fehlten genaue Informationen über die Rotation von Sternen mit dazwischenliegendem Alter.

Die CfA-Astronomen Soren Meibom und Dave Latham haben mit vier Kollegen die Messungen der Rotationsdauer von 30 kühlen Sternen in dem 2.5 Milliarden Jahre alten Sternhaufen NGC 6819 untersucht. Sie verwendeten die genauen Daten der Exoplaneten-Mission Kepler, um kühle Sterne in diesem Cluster, ergänzt durch erdgebundene und weitere Datensätze, zu überprüfen. Sie finden eine klar definierte Beziehung zwischen Rotationsdauer und Sternmasse und liefern Argumente, daß jetzt das Alter von Sternen mit einer Zuverlässigkeit in der Größenordnung von 10% für zahlreiche kühle galaktische Feldsterne bestimmt werden kann. Diese bedeutsame neue Eichung der Altersbestimmung wird Astronomen die Möglichkeit eröffnen zu untersuchen, wie sich astrophysikalische Phänomene unter Einbeziehung kühler Sterne mit der Zeit entwickeln. Diese Kalibrierung wird für viele Forschungsgebiete wichtig sein, vom galaktischen Maßstab bis hinab zum Bereich einzelner Sterne und ihrer Begleiter.

Literatur:
„A Spin-Down Clock for Cool Stars from Observations of a 2.5-Billion-Year-Old Cluster“
Søren Meibom, Sydney A. Barnes, Imants Platais, Ronald L. Gilliland, David W. Latham, and Robert D. Mathieu
Nature 517, Pages:
589–591 Date published:
(29 January 2015)