Flackern der Sterne verrät ihre Schwerkraft

Sterne zeigen Helligkeitsschwankungen im Bereich von Stunden, die von der Schwerkraft an ihrer Oberfläche abhängen. Das zeigt die Analyse von Archivdaten des Weltraumteleskops Kepler. Vermutlich ist das Brodeln an der Sternenoberfläche – die sogenannte Granulation – die Ursache für das leichte Flackern der Sterne. Der neu entdeckte Zusammenhang ermöglicht es den Forschern, die Schwerebeschleunigung an der Oberfläche und damit auch Masse, Größe und andere Eigenschaften von Sternen einfacher und genauer als zuvor zu bestimmen. Und auch die Größe von Planeten bei anderen Sternen lasse sich auf diese Weise genauer ermitteln, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

heiße Materie auf der Oberfläche eines SternsFlackernde Sterne
Helligkeitsschwankungen der Sterne hörbar gemacht

„Die Messung der Schwerkraft an der Oberfläche von Sternen war bislang ein schwieriges Geschäft“, sagt Gibor Basri von der University of California in Berkeley. Die Verfahren waren entweder ungenau, oder ihre Anwendung war auf sehr helle, sehr nahe Sterne beschränkt. Das inzwischen defekte Kepler-Teleskop hat auf der Suche nach Exoplaneten vier Jahre lang extrem genaue Helligkeitsdaten von rund 150.000 Sternen gesammelt. In diesen Daten waren Basri und seine Kollegen  auf den Zusammenhang zwischen dem Sternenflackern und der Schwerkraft gestoßen.

„Wenn wir die Schwerkraft kennen, benötigen wir nur noch die Temperatur – die leicht zu messen ist – um die Masse, die Größe und andere wichtige physikalische Parameter eines Sterns zu berechnen“, erklärt Keivan Stassun von der Vanderbilt University in Nashville. Die Astronomen vermuten, dass die Granulation der Sterne zu den Helligkeitsschwankungen führt. Als Granulen bezeichnen die Himmelsforscher aus dem Sterninneren aufsteigende Zellen heißer Materie, die aufgrund ihrer höheren Temperatur heller leuchten als ihre Umgebung. Sterne mit einer starken Schwerkraft an der Oberfläche besitzen kleinere Granulen und flackern deshalb mit einer höheren Frequenz als Sterne mit geringerer Schwerkraft, bei denen die Granulen größer sind.

Drei Bilder zeigen jeweils helle Regionen umgeben von einem Netz dunkler Linien. Die hellen regionen, also die Granulen, sind bei sonnenähnlichen Sternen am kleinsten, bei Riesensternen am größten.
Granulation und Sternengröße

Der gleiche Zusammenhang zeigt sich bei der Entwicklung eines Sterns: Die Oberfläche von Sternen wie unsere Sonne wird vor allem von große Flecken bestimmt. Wenn der Brennstoff am Ende ihres Lebenszyklus verbraucht ist, blähen sich solche Sterne zu einem Unterriesen oder sogar zu einem Riesenstern auf. In diesen beiden Stadien nimmt die Dichte und damit die Schwerkraft ab, die Granulen auf der Oberfläche wachsen an.

Basri, Stassun und ihre Kollegen haben das neue Verfahren mit einer Reihe von hellen, nahen Sternen geeicht, die sich in der von Kepler beobachteten Region am Himmel befinden. Bei diesen Objekten konnte die Schwerkraft durch die Messung von Sternschwingungen, der sogenannten Asteroseismologie, mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Ein Vergleich zeigte, dass der Fehler der Flacker-Methode kleiner als 25 Prozent ist – das ist zwei- bis achtmal besser als andere Verfahren. Die Astronomen wollen die neue Methode nun auf Tausende von Sternen anwenden, für die Daten von Kepler vorliegen.