Stoßwelle, die von dem massereichen Stern Zeta Ophiuchi in einer interstellaren Staubwolke erzeugt wird (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech; NASA und The Hubble Heritage Team (STScI/AURA); C. R. O’Dell, Vanderbilt University)
Astronomen haben zum ersten Mal stellare Winde entdeckt, die von drei sonnenähnlichen Hauptreihensternen ausgehen.
Die Beobachtung hat dazu beigetragen, die Geschwindigkeit zu bestimmen, mit der diese Sterne über ihre Sternwinde Masse verlieren. Dabei wurde festgestellt, dass diese Winde etwa 67 Mal so schnell schrumpfen wie die Sonne über ihre eigenen Sonnenwinde Masse verliert.
Das Forschungsteam kam zu diesen Ergebnissen durch die Beobachtung von Röntgenstrahlen, die von einer heißen Plasmablase, der so genannten „Astrosphäre“, die Sternsysteme umgibt, ausgesandt werden. Dieses Plasma wird durch stellare Winde aufgeblasen, die in das interstellare Medium eindringen, d. h. in das Gas und den Staub zwischen den Sternen. Astrosphären sind vergleichbar mit der Heliosphäre, die das Sonnensystem umgibt.
Stellare Winde können auch Prozesse auslösen, die die Atmosphären von Planeten verdampfen, die die Sterne umkreisen, von denen die Winde ausgehen, wodurch die Fähigkeit dieser Welten, Leben zu beherbergen (zumindest das, was wir kennen), verringert wird.
Die Entweichungsrate von Planetenatmosphären ist langsam, aber diese Verluste können sich akkumulieren und eine erdähnliche Welt im Laufe von Millionen von Jahren in ein unfruchtbares, atmosphärenloses Weltraumgestein verwandeln. Das bedeutet, dass diese neuen Beobachtungen den Wissenschaftlern helfen können, zu verstehen, wie sich Planeten um sonnenähnliche Sterne entwickeln, und sie könnten dabei helfen, herauszufinden, welche Planetensysteme mit größerer Wahrscheinlichkeit bewohnbare Planeten haben.
Trotz der Bedeutung stellarer Winde für die Entwicklung eines Planetensystems waren die Winde von sonnenähnlichen Hauptreihensternen bisher sehr schwer zu messen.
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„Im Sonnensystem wurde die Emission des Ladungsaustauschs des Sonnenwinds von Planeten, Kometen und der Heliosphäre beobachtet und bietet ein natürliches Labor, um die Zusammensetzung des Sonnenwinds zu untersuchen“, sagte die Forschungsleiterin und Astrophysikerin der Universität Wien Kristina Kislyakova in einer Erklärung. „Die Beobachtung dieser Emission von fernen Sternen ist aufgrund der Schwäche des Signals viel schwieriger.“
Kislyakova fügte hinzu, dass es aufgrund der Entfernung zu diesen Sternen sehr schwierig ist, die von der Astrosphäre ausgesandten Röntgensignale von den Röntgenemissionen des Sterns selbst zu unterscheiden, die über das Sichtfeld des beobachtenden Teleskops „verteilt“ erscheinen.
Nach der Beobachtung dieser Sternsysteme mit dem XMM-Newton-Weltraumteleskop entwickelte das Team jedoch einen neuen Algorithmus, um die stellaren und astrosphärischen Beiträge zu den Röntgenemissionen voneinander zu trennen.
Damit konnten die Forscher den Ladungsaustausch zwischen Sauerstoffionen in den Sternwinden und neutralen Atomen im interstellaren Medium von drei Hauptreihensternen nachweisen: 70 Ophiuchi in etwa 16,6 Lichtjahren Entfernung, Epsilon Eridani in etwa 10,5 Lichtjahren Entfernung und 61 Cygni, ein Doppelsternsystem in etwa 11,4 Lichtjahren Entfernung von der Erde.
Eine künstlerische Darstellung eines Planeten, der den Stern Epsilon Eridani umkreist, einen der Sterne, von denen stellare Winde gemessen wurden (Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STScI))
„Dies ist das erste Mal, dass Röntgen-Ladungsaustauschemissionen von Astrosphären solcher Sterne entdeckt wurden“, sagte Kislyakova. „Unsere geschätzten Massenverlustraten können als Maßstab für stellare Windmodelle verwendet werden und erweitern unsere begrenzten Beobachtungsdaten für die Winde von sonnenähnlichen Sternen.“
Das Team stellte fest, dass 70 Ophiuchi etwa 67-mal so viel Masse verliert wie die Sonne, und Epsilon Eridani verliert etwa 16-mal so viel Masse wie die Sonne. 61 Cygni verlor am langsamsten an Masse, allerdings mit einer Geschwindigkeit, die immer noch 10 Mal so hoch ist wie die unseres Sterns. Die Sternwinde dieser Sterne, die ihre Planeten in die Luft jagen und ihre Astrokugeln aufblähen, sind also viel stärker als die von der Sonne ausgehenden Winde. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass diese Sterne eine viel stärkere magnetische Aktivität aufweisen als unser Wirtsstern.
„Seit drei Jahrzehnten gibt es weltweite Bemühungen, das Vorhandensein von Winden um sonnenähnliche Sterne nachzuweisen und ihre Stärke zu messen, aber bisher gab es nur indirekte Hinweise auf die Existenz solcher Winde, die auf ihren sekundären Auswirkungen auf den Stern oder seine Umgebung beruhten“, sagte Manuel Güdel, Mitglied des Teams und Forscher an der Universität Wien, in der Erklärung. „Unsere Gruppe hat zuvor versucht, die Radioemission der Winde zu detektieren, konnte aber nur obere Grenzwerte für die Windstärken angeben, nicht aber die Winde selbst nachweisen.
„Unsere neuen röntgenbasierten Ergebnisse ebnen den Weg, diese Winde direkt zu finden und sogar abzubilden und ihre Wechselwirkungen mit den umliegenden Planeten zu untersuchen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Freitag (12. April) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
