Alternde Sterne rotieren innen zehnmal schneller als außen

Schwingungen erlauben Blick ins Sterninnere und liefern dabei neue Erkenntnisse über die Sternentwicklung

Blick in das Innere eines Roten Riesen
Blick in das Innere eines Roten Riesen

Löwen (Belgien) - Die heiße Kernregion Roter Riesensterne dreht sich rund zehnmal schneller als ihre kühle Oberfläche. Dieses aufgrund theoretischer Überlegungen erwartete Phänomen konnte ein internationales Forscherteam nun erstmals durch Beobachtungen bestätigen. Eine nach innen zunehmende Rotation kann im Sterninneren die Durchmischung der Materie fördern und so die Sternentwicklung beeinflussen. Die Wissenschaftler berichten in der Online-Ausgabe des Fachblatts "Nature" über ihre Beobachtungen mit dem Satelliten-Teleskop Kepler.

Wenn ein Stern den Wasserstoff-Vorrat in seiner Kernregion verbraucht hat, zieht sich dieser Kern zusammen und wird heißer, während sich die äußere Hülle ausdehnt und abkühlt. Dadurch wird ein Stern wie unsere Sonne am Ende seines Lebens zu einem Roten Riesen. Wie bei einer Eiskunstläuferin, die eine Pirouette durchführt, muss sich bei diesem Übergang aufgrund der Drehimpulserhaltung die Rotation des Sterns verändern. Streckt die Eiskunstläuferin die Arme, so wird ihre Drehung langsamer, zieht sie die Arme an, beschleunigt sich ihre Drehung. Beim Stern muss entsprechend die Rotation der expandierenden Hülle abnehmen, die des kontrahierenden Kerns zunehmen. Der direkten Beobachtung ist jedoch nur die äußere Hülle des Sterns zugänglich. Sie rotiert bei Roten Riesen tatsächlich sehr langsam - eine vollständige Umdrehung dauert etwa ein Jahr.

Paul Beck von der Katholischen Universität Löwen in Belgien und seinem Team gelang nun ein Blick in das Innere von drei Roten Riesensternen. Dazu analysierten die Forscher die Schwingungszustände der Sterne, die sich durch periodische Helligkeitsschwankungen verraten. Das amerikanische Weltraumteleskop Kepler kann solche Helligkeitsschwankungen mit hoher Genauigkeit messen. Eigentlich soll das Instrument damit Planeten aufspüren, die vor ihren Sternen vorüberziehen - und bei dieser Aufgabe ist es auch höchst erfolgreich. Quasi als Abfallprodukt entdeckt Kepler aber auch bislang unbekannte, geringfügige Helligkeitsschwankungen aufgrund anderer physikalischer Ursachen.

Die von Beck und seinen Kollegen gefundenen Schwankungen lassen sich nur erklären, wenn der Kern der Riesensterne zehnmal schneller rotiert als die oberflächennahen Schichten. "Das interne Rotationsprofil war immer eine der großen Unbekannten in den theoretischen Sternmodellen", sagt Beck. "Rotation und Sternentwicklung stehen aber in einem engen Zusammenhang. So ruft Rotation Transportprozesse hervor, die die Schichten weiter durchmischen und sogar durch Zuführung von frischem Wasserstoff in den Kern die stellare Entwicklung verlängern können." Eine genaue, durch Beobachtungen abgesicherte Kenntnis des Rotationsprofils sei deshalb für die Theorie der Sternentwicklung von großer Bedeutung.