22. February 2007

Magnetische Überraschung im Weltall

Unerwartete Röntgenstrahlung eines jungen Sterns

Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) haben aufschlussreiche Erkenntnisse über die Entstehung massereicher Sterne gewonnen. Die Untersuchungen mit dem Röntgenteleskop auf dem Satelliten XMM-Newton der Europäischen Raumfahrtagentur ESA geben Hinweise, was ein Magnetfeld um einen jungen Stern namens AB Aurigae bewirkt. Ein 20-jähriges Rätsel der Astrophysik könnte sich dadurch lösen.

AB Aurigae hat eine fast dreimal grössere Masse als die Sonne und ist damit einer der massereichsten Sterne des Taurus-Auriga-Gebiets. Er steht im Sternbild Fuhrmann, einer Region der Milchstrasse, wo unzählige neue Sterne entstehen. Mit seiner grossen Masse gehört AB Aurigae zur Klasse der Herbig-Sterne, die nach ihrem Entdecker, dem US-Astronomen George Herbig, benannt sind.

Helle und unvermutete Röntgenquelle

In einem Grossprojekt der ESA wurde das Taurus-Auriga-Gebiet nach Röntgenstrahlung abgesucht. Das Röntgenteleskop auf dem Satelliten XMM-Newton zeichnete die Emissionen von AB Aurigae und vielen andern Jungsternen in seiner Umgebung auf. Dabei wurde AB Aurigae als helle Röntgenquelle entdeckt. Woher diese Strahlung stammt, darüber rätseln die Astrophysiker seit 20 Jahren, denn eigentlich dürften Herbig-Sterne keine solche aussenden.

Röntgenstrahlung wird normalerweise bei jungen, massearmen Sternen beobachtet, die mächtige Magnetfelder erzeugen und dadurch ihre Atmosphäre stark aufheizen. Modellrechnungen haben jedoch gezeigt, dass der innere Aufbau von Herbig-Sternen nicht geeignet ist, um starke Magnetfelder zu produzieren. Warum sendet AB Aurigae dennoch Röntgenstrahlung aus? Ein internationales Team unter Leitung von Manuel Güdel und seiner Doktorandin Alessandra Telleschi vom PSI fand nun eine Erklärung. Bei der Analyse der Röntgendaten von AB Aurigae mass man eine Gastemperatur zwischen ein und fünf Millionen Grad. “Diese Temperatur ist ungewöhnlich tief”, sagt Güdel. “Sie liegt weit unter den für junge sonnenähnliche Sterne üblichen 10 bis 30 Millionen Grad.”

Völlig andere Physik als auf der Sonne

Dass die Röntgenstrahlung von AB Aurigae selbst und nicht von einem kleineren Begleitstern stammt, wie einige Himmelskundler vermuteten, entnahmen Güdel und sein Team einem andern Hinweis. Die Röntgenemissionen änderten sich wellenförmig mit einer Periode von 42 Stunden, was für AB Aurigae eine magische Zahl ist. Astronomen hatten bereits früher herausgefunden, dass Teile der optischen und der Ultraviolett-Strahlung des Sterns mit derselben Periode variieren. “Als wir dieselbe Periode in der Röntgenstrahlung sahen, wussten wir, dass diese nicht von einem Begleiter ausgesandt wird”, sagt Güdel.

Schliesslich lieferte das Röntgenspektrometer den entscheidenden spezifischen Fingerabdruck von AB Aurigae. Für das leistungsfähige Instrument hatte das PSI wichtige Komponenten entwickelt und gebaut. Die hoch aufgelösten Daten des Spektrums sorgten für eine Überraschung. Sie zeigten, dass die Röntgenstrahlung von weit oberhalb der Sternoberfläche kommen muss – aus einer Höhe von ein bis zwei Millionen Kilometer. Die Forschenden hatten eigentlich erwartet, dass das heisse Gas – wie in der Korona der Sonne – knapp über der Oberfläche Röntgenemissionen aussendet.

Hübsche Erklärung für ein Rätsel

Gemäss einem Modell des PSI-Teams stammt das Magnetfeld von AB Aurigae von den Gasen, die sich beim Entstehungsprozess zum Stern zusammenzogen. Das Magnetfeld ist nun im Stern ”gefangen» und umgibt ihn wie dasjenige der Erde. Dadurch geraten die Sternwinde unter seinen Einfluss und strömen von Norden und Süden her entlang der Magnetfeldlinien weg vom Stern. Hoch über dem Äquator stossen sie heftig zusammen und erzeugen durch ihre Aufheizung Röntgenstrahlung. “Das ist eine hübsche Erklärung für ein 20-jähriges Rätsel”, sagt Manuel Güdel. Weitere Röntgenbeobachtungen müssten aber zeigen, ob das Modell auch auf andere Herbig-Sterne anwendbar sei.