Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetisch aktive Weiße Zwerge erscheinen jünger als sie sind

20.10.2014

Forscher finden Zusammenhang zwischen Magnetfeldern und atmosphärischer Konvektion

Ein internationales Team von Astronomen mit Beteiligung der Universität Göttingen hat herausgefunden, warum Magnetfelder in so genannten kalten Weißen Zwergen häufiger vorkommen als in heißeren, jüngeren Weißen Zwergen.


Verhältnis zwischen Magnetfeldern (rot) und Temperatur (grau) auf der Oberfläche des Weißen Zwerges WZ 1953-011 in verschiedenen Rotationsphasen.

Foto: Universität Göttingen


Dr. Denis Shulyak

Foto: Universität Göttingen

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass starke Magnetfelder in der Lage sind, die Konvektion (Wärmeströmung) über die gesamte Oberfläche eines kalten, magnetisch aktiven Weißen Zwergs zu unterdrücken. Sie kühlen sich deshalb im Vergleich zu Weißen Zwergen mit schwachen oder nicht messbaren Magnetfeldern langsamer ab und erscheinen dadurch jünger, als sie in Wirklichkeit sind. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Weiße Zwerge (WZ) sind die Überbleibsel von Sternen mittlerer Masse am Ende ihres Entwicklungsstadiums. 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 so genannte „Magnetische Weiße Zwerge“ (MWZ). Da Magnetfelder mit der Zeit abklingen und sich die Oberflächentemperatur von WZ 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: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass das Magnetfeld möglicherweise die globale Oberflächenkonvektion in kalten MWZ 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. 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 MWZ photometrische Variabilität zeigen. Und das haben Astronomen in der Tat auch beobachtet“, so Dr. Shulyak.

Ein so starkes globales Magnetfeld (mehrere hundert Kilo-Gauß und darüber) ist in der Lage, konvektive Strömungen auf der gesamte Oberfläche und selbst tief im Inneren des Stern zu bremsen. „In WZ 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. 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 MWZ bei kühleren Temperaturen, wo Konvektion der dominierende Energietransportmechanismus ist. Dieses Ergebnis stimmt vollkommen mit theoretischen Vorhersagen überein“, erläutert Dr. Shulyak.

Die Analyse der photometrischen Variabilität von MWZ 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 WZ hin.

„Wenn wir uns den WZ als einen Topf mit heißem Wasser vorstellen, der zum Abkühlen auf einem Tisch steht, dann wird ein Deckel seine Abkühlung verlangsamen. Starke Magnetfelder in WZ fungieren als eine Art Deckel, die deren Konvektion und damit deren Wärmeverlust unterdrücken. Unsere Ergebnisse implizieren, dass das Alter der meisten magnetischen und kühlen MWZ unterschätzt wird. Wir müssen deshalb unsere Interpretation des Ablaufs der Abkühlung in MWZ und infolgedessen eventuell auch unser Verständnis von der Entwicklung unserer Galaxie sowie des Universums anpassen“, so Dr. Shulyak.

Originalveröffentlichung: Gennady Valyavin et al. Suppression of cooling by strong magnetic fields in white dwarf stars. Nature 2014. Doi: 10.1038/nature13863.

Kontaktadresse:
Dr. Denis Shulyak
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik – Institut für Astrophysik
Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen, Telefon (0551) 39-5055
E-Mail: denis@astro.physik.uni-goettingen.de

Weitere Informationen:

http://www.astro.physik.uni-goettingen.de/~areiners/AR/AR.htm

Thomas Richter | Georg-August-Universität Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten