Sternbeben und Archäologie stellarer Magnetfelder: Hinweise auf „fossilisierte“ Sternen-Magnetismen

(openPR) Seit Jahrtausenden blicken Menschen mit Staunen und Ehrfurcht zu den Sternen. Aus menschlicher Sicht scheinen diese funkelnden Punkte am Himmel ewig zu leuchten. Tatsächlich leben Sterne über Milliarden Jahre, und auch ihre Entwicklung ist von einschneidenden Ereignissen geprägt: Manche enden in einem spektakulären Feuerwerk kosmischer Supernova‑Explosionen, andere kühlen leise aus und hinterlassen einen toten Rest – einen sogenannten Weißen Zwerg.

Mithilfe eines theoretischen Modells verknüpft ein internationales Team – geleitet von PhD‑Student Lukas Einramhof und Assistenzprofessorin Lisa Bugnet am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) – unabhängige Beobachtungen, die in unterschiedlichen Stadien der Sternentwicklung gesammelt wurden. Erstmals konnten sie die Nachweise magnetischer Felder an der Oberfläche älterer Weißer Zwerge mit jüngsten Messungen von Magnetismus in den Kernen Roter Riesen – den sterbenden Vorläufern dieser Reste – in Beziehung setzen. Im Zentrum ihres Modells steht die Idee, dass Magnetfelder, die früh im Leben eines Sterns entstehen, alle Entwicklungsphasen überstehen und Milliarden Jahre später an der Oberfläche Weißer Zwerge als „Fossilfelder“ erscheinen. Durch die Einbeziehung neuer asteroseismischer Daten, also Messungen von Sternbeben, haucht das Team der Fossilfelder-Theorie neues Leben ein – als mögliche Erklärung für stellaren Magnetismus.

Längst erloschen – und plötzlich magnetisch?

Magnetfelder an der Oberfläche Weißer Zwerge liefern Astrophysiker:innen wertvolle Informationen über die Vergangenheit dieser Sternenreste. „Das Magnetfeld eines Sterns beeinflusst, wie er im Inneren funktioniert und wie lange er lebt und sich entwickelt. Generell neigen ältere Weiße Zwerge dazu, stärker magnetisch zu sein als jüngere“, sagt Einramhof. Um zu erklären, woher die Magnetfelder an der Oberfläche älterer, seit mehreren Millionen Jahren toter Weißer Zwerge stammen, müssen die Forschenden tiefer in die Vergangenheit der Sterne blicken.

Bisher haben mehrere Forscher:innen‑Teams Magnetfelder von Sternen in unterschiedlichen Entwicklungsphasen untersucht. Das ISTA‑Team will diese einzelnen Befunde nun verbinden, um die zugrunde liegenden Prozesse der Stern‑ und Restentwicklung besser zu verstehen. „Als theoretische Astrophysik‑Gruppe entwickeln wir Modelle, um Beobachtungen zu erklären“, betont Bugnet.

Sternbeben legen verborgene Magnetfelder frei

Durch die Asteroseismologie – die Erforschung von Sternbeben – können Forschende erst seit Kurzem in die Tiefen Roter Riesen, der Vorläufer Weißer Zwerge, blicken. Ähnlich wie Erdbeben auf der Erde erlauben Sternbeben, das Innere von Sternen zu ‚vermessen‘.

Unabhängige Beobachtungen verschiedener Gruppen zeigen auf den ersten Blick gegensätzliche Bilder: Einerseits wurden Magnetfelder an der Oberfläche älterer Weißer Zwerge nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass diese Felder im Verlauf der Sternentwicklung aus dem Inneren an die Oberfläche gelangen könnten. Andererseits lieferten asteroseismische Messungen an ‚sterbenden‚Roten Riesen bereits Millionen Jahre früher in ihrer Entwicklung Hinweise auf Magnetfelder in deren Kernen. Mithilfe dieser Daten konnte das ISTA‑Team zeigen, dass diese beiden Zeitpunkte im Leben eines Sterns durch eine Theorie verbunden werden können, die unter Weiß‑Zwerg‑Forschenden in den letzten Jahren etwas aus der Mode geraten war: das sogenannte Fossilfeld‑Szenario.

Einramhof erklärt: „Ein Weißer Zwerg ist der freigelegte Kern eines Roten Riesen, nachdem dieser seine äußeren Schichten abgestoßen hat. Somit betrachten diese unterschiedlichen Beobachtungen im Wesentlichen denselben Bereich eines Sterninneren in verschiedenen Entwicklungsstadien.“ Nach dem Abstoßen der äußeren Hüllen zeigt der Weiße‑Zwerg‑Rest daher charakteristische Eigenschaften an seiner Oberfläche.

Er ergänzt: „Wenn das Magnetfeld, das während der Roten‑Riesen‑Phase beobachtet wird, dasselbe ist wie jenes, das später an der Oberfläche des Weißen Zwergs gemessen wird, dann kann die Fossilfeld‑Theorie die Beobachtungen erklären und miteinander verbinden.“ Das Team geht jedoch davon aus, dass dieses Magnetfeld noch früher – vor der Roten‑Riesen‑Phase – entsteht.

Magneto‑Archäologie: Im Sterneninneren graben

Durch die erneute Untersuchung des Fossilfeld‑Szenarios mit neuen Erkenntnissen erzielte das Team mehrere zentrale Ergebnisse zur ‚Archäologie‘ des Magnetismus in Sternen. Erstens zeigte sich, dass das Ausmaß der Magnetisierung im Kern des Roten‑Riesen‑Vorläufers entscheidend ist. „Um die Magnetfelder an der Oberfläche älterer Weißer Zwerge mit jenen im Kern ihrer Roten Riesen‑Vorläufer zu verbinden, muss ein größerer Teil des Sterns magnetisiert sein“, erklärt Einramhof. „Das bedeutet aber nicht, dass die Sterne stärkere Magnetfelder haben müssen – vielmehr müssen die Magnetfelder bereits einen größeren Bereich ihres Kerns durchdringen.“

Darüber hinaus zeigte die Methode des Teams, wie die Sternentwicklung die Form eines Magnetfelds verändert. Ihre Simulationen legen nahe, dass Magnetfelder schalenartige Strukturen bilden können – ähnlich der Oberfläche eines Basketballs –, wobei das Feld an der Schale stärker ist als im Zentrum.

Blind im Kern: Ist auch der Sonnenkern magnetisch?

Letztlich wollen die Forschenden besser verstehen, wie sich unsere eigene Sonne entwickeln wird. Als 4,6 Milliarden Jahre alter Hauptreihenstern befindet sich die Sonne etwa in der Mitte ihrer Lebensdauer in dieser Phase, bevor sie sich zu einem Roten Riesen aufbläht und voraussichtlich die Erde verschlingt. „Wir wissen noch nicht, ob der Sonnenkern magnetisch ist. Obwohl es sich um unseren eigenen Stern handelt, sind wir praktisch blind dafür, was im Zentrum der Sonne passiert“, sagt Einramhof. „Aktuelle Modelle nehmen an, dass der Sonnenkern nicht magnetisch ist. Sollte sich aber das Gegenteil herausstellen, würde das vieles, was wir zu wissen glauben, grundlegend verändern – ebenso wie die Modelle, auf denen unsere Arbeit basiert.“

Während des Hauptteils ihres Lebens als so genannte Hauptreihensterne bleiben Sterne stabil und langlebig, bis der Wasserstoffvorrat im Kern erschöpft ist und die Fusion nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Wenn dieser Mechanismus versagt, blähen sie sich auf und entwickeln sich zu Roten Riesen. „Könnte die Sonne Wasserstoff aus ihren äußeren Schichten in den Kern transportieren, würde sie länger leben. Eine Möglichkeit dafür wären starke Magnetfelder“, sagt Einramhof. Magnetische Felder könnten jedoch auch zu einem völlig anderen Verlauf führen. „Wir wissen, dass Magnetfelder die Sternentwicklung deutlich beeinflussen können – aber wir wissen noch nicht genau, wie stark und auf welche Weise.“

Die Ergebnisse des ISTA‑Teams tragen dazu bei, die Fossilfeld‑Theorie als plausiblen Mechanismus in der Entwicklung des stellaren Magnetismus wieder zu etablieren. Dennoch bleiben viele Fragen offen. „Angesichts unseres derzeit begrenzten Wissens deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass Sterne wahrscheinlich alle magnetisch sind – wir können diesen Magnetismus nur nicht immer nachweisen“, schließt Einramhof.

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Projektförderung:
Dieses Projekt wurde durch Mittel aus dem Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Horizon‑Europe‑Programms (Calcifer; Starting‑Grant‑Vertrag Nr. 101165631) sowie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen des DOC‑Doktoratsstipendiums (Nr. 27648) unterstützt.

Originalpublikation:
L. Einramhof, L. Bugnet, L. M. Calcaferro, L. Barrault, and S. B. Das. 2026. Magneto-Archeology of White Dwarfs. Revisiting the fossil field scenario with observational constraints during the red giant branch. Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202659069
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202659069