Erste Entdeckung von magnetischen massereichen Sternen außerhalb unserer Galaxie

Sternentstehungsgebiet NGC346 in der Kleinen Magellanschen Wolke
(c) NASA, ESA, A. James (STScI)

Erstmalig wurden Magnetfelder in drei massereichen, heißen Sternen in unseren Nachbargalaxien, den Großen und Kleinen Magellanschen Wolken, nachgewiesen. Während magnetische massereiche Sterne bereits in unserer eigenen Galaxie entdeckt wurden, ist die Entdeckung des Magnetismus in den Magellanschen Wolken von besonderer Bedeutung, da es in diesen Galaxien eine starke Population von jungen massereichen Sternen gibt. Dies bietet eine einmalige Gelegenheit, die aktive Sternentstehung und die maximale Masse zu untersuchen, die ein stabiler Stern haben kann.

Der Magnetismus gilt als Schlüsselkomponente bei der Entwicklung massereicher Sterne und hat weitreichende Auswirkungen auf deren endgültiges Verhalten. Es sind die massereichen Sterne mit anfänglich mehr als acht Sonnenmassen, die am Ende ihrer Entwicklung Neutronensterne und schwarze Löcher zurücklassen. Spektakuläre Verschmelzungen solcher kompakten Überbleibsel wurden von Gravitationswellen-Observatorien bereits beobachtet. Darüber hinaus schlagen einige Theorien einen magnetischen Mechanismus für die Explosion massereicher Sterne vor, der für Gammastrahlenausbrüche, Röntgenblitze und Supernovae relevant ist. „Untersuchungen von Magnetfeldern in massereichen Sternen in Galaxien mit jungen Sternpopulationen liefern entscheidende Informationen über die Rolle von Magnetfeldern bei der Sternentstehung im frühen Universum mit nicht durch Metalle verunreinigtem Sternentstehungsgas“, sagt Dr. Swetlana Hubrig vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und Erstautorin der Studie.

Stellare Magnetfelder werden mittels Spektropolarimetrie gemessen. Dazu wird das zirkular polarisierte Sternenlicht aufgezeichnet und die kleinsten Änderungen in den Spektrallinien werden untersucht. Um die notwendige Genauigkeit der Polarisationsmessungen zu erreichen, benötigt diese Methode jedoch Daten von hoher Qualität. „Die Methode ist extrem hungrig nach Photonen. Das ist eine besondere Herausforderung, denn selbst die hellsten massereichen Sterne, die mehr als acht Sonnenmassen haben, sind bei der Beobachtung in unseren Nachbargalaxien, der Großen und der Kleinen Magellanschen Wolke, relativ lichtschwach“, erklärt Dr. Silva Järvinen vom AIP. Aufgrund dieser Bedingungen sind herkömmliche hochauflösende Spektropolarimeter und kleinere Teleskope für solche Untersuchungen ungeeignet. Deshalb wurde das niedrig auflösende Spektropolarimeter FORS2 verwendet, das auf einem der vier 8-Meter-Teleskope des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) montiert ist.

Frühere Versuche, Magnetfelder in massereichen Sternen außerhalb unserer Galaxie nachzuweisen, blieben bisher ohne Erfolg. Diese Messungen sind komplex und hängen von mehreren Faktoren ab. Das Magnetfeld, das mit zirkularer Polarisation gemessen wird, wird als longitudinales Magnetfeld bezeichnet und entspricht ausschließlich der Feldkomponente, die in Richtung des Beobachters zeigt. Es ist vergleichbar mit dem Licht eines Leuchtturms, das leicht zu sehen ist, wenn der Strahl in Richtung des Beobachters strahlt. Da die Magnetfeldstruktur in massereichen Sternen in der Regel durch einen globalen Dipol mit einer zur Rotationsachse geneigten Achse gekennzeichnet ist, kann die Stärke des longitudinalen Magnetfelds in Rotationsphasen gleich Null sein, wenn der Beobachter direkt auf den magnetischen Äquator des rotierenden Sterns blickt. Die Nachweisbarkeit des Polarisationssignals hängt auch von der Anzahl der Spektralmerkmale ab, die zur Untersuchung der Polarisation verwendet werden. Die Beobachtung eines breiteren Spektralbereichs mit einer größeren Anzahl von spektralen Merkmalen ist vorzuziehen. Darüber hinaus sind längere Belichtungszeiten entscheidend für die Aufnahme polarimetrischer Spektren mit einem ausreichend hohen Signal-Rausch-Verhältnis.

Unter Berücksichtigung dieser wichtigen Faktoren führte das AIP-Team spektropolarimetrische Beobachtungen von fünf massereichen Sternen in den Magellanschen Wolken durch. Beobachtet wurden zwei vermutlich einzelne Sterne, die typische spektrale Eigenschaften für magnetische massereiche Sterne aufweisen, wie sie in unserer eigenen Galaxie üblich sind, sowie ein massereiches Doppelsternsystem, das aktiv miteinander in Wechselwirkung steht (Cl*NGC346 SSN7), wurden untersucht. Dieses Doppelsternsystem befindet sich im Kern der massereichsten Sternentstehungsregion NGC346 in der Kleinen Magellanschen Wolke. Dabei gelang es, Magnetfelder in der Größenordnung von Kilogauss nachzuweisen. Auf der Oberfläche unserer Sonne können solch starke Magnetfelder nur in kleinen, stark magnetisierten Regionen – den Sonnenflecken – nachgewiesen werden. Die berichteten Magnetfeldnachweise in den Magellanschen Wolken sind der erste Hinweis darauf, dass die Bildung massereicher Sterne in Galaxien mit jungen Sternpopulationen ähnlich abläuft wie in unserer Galaxie.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Swetlana Hubrig, 0331 7499 225, shubrig@aip.de

Originalpublikation:

https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/forth/aa49793-24.pdf

Weitere Informationen:

https://www.aip.de/de/news/first-detection-of-magnetic-massive-stars-outside-our…

Media Contact

Dr. Janine Fohlmeister Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam

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