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05.10.10 · 19:55 Uhr

Wenn Planeten die Aktivität von Sternen beeinflussen

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 7

Ich bin Himmelsmechaniker und wenn ich mich mit Sternen und Planeten beschäftige, dann sind das für mich in der Hinsicht einfach nur Punkte mit einer gewissen Masse die sich gegenseitig gravitativ beeinflussen. Was diese Objekte sonst noch für Eigenschaften haben interessiert mich da erstmal wenig. Aber natürlich sind Sterne und Planeten keine Punkte und natürlich haben sie noch andere Eigenschaften neben ihrer Masse und insofern ist es gut dass es auch andere Wissenschaftler gibt die sich mit diesen anderen Themen beschäftigen. Zum Beispiel mit den Magnetfeldern der Sterne und Planeten und der Frage, wie die sich gegenseitig beeinflussen. Können die Planeten auf diese Art und Weise vielleicht direkt Einfluss auf ihren Stern nehmen?

In unserem Sonnensystem stellt sich diese Frage eher nicht. Das Magnetfeld der Sonne dominiert hier und der sonnennächste Planet - Merkur - hat da nichts zu melden. Jupiter, der größte Planet, hat zwar ein starkes Magnetfeld; ist aber zu weit weg von der Sonne um hier eine Rolle zu spielen. Aber in extrasolaren Planetensystemen könnte das anders sein. Denn bedingt durch die Beobachtungsmethoden die um so besser funktionieren je größer ein Planet ist und je näher er sich an seinem Stern befindet haben wir jede Menge genau solcher Objekte gefunden: große Planeten die sehr enge Bahnen haben; sogenannte "Hot Jupiters". Und die wären eventuell nah genug dran, um das Magnetfeld des Sterns zu beeinflussen.

Denn die Planeten müssen nahe genug am Stern sein und innerhalb der "Alfvén-Oberfläche" liegen. Das ist eine gedachte Fläche um den Stern bei dem die Teilchen des Sternwinds genau die Alfvén-Geschwindigkeit haben. Dabei handelt es sich um die Geschwindigkeit einer Plasmawelle unter der Bedingung dass kinetische und magnetische Energiedichte gleich groß sind. Die Details sind jetzt nicht so wichtig; wichtig ist nur, dass ein Objekt außerhalb dieser Alfvén-Oberfläche keinen Einfluss auf den Stern nehmen kann. Ein Planet der nah genug am Stern dran ist, aber schon. Das es hier zu einer Interaktion zwischen den Magnetfeldern kommen kann die spürbare Folgen hat, zeigen auch Beobachtungen nach denen Sterne mit "Hot Jupiters" anscheinend mehr Sternaktivität zeigen als welche mit keinen Planeten bzw. Planeten die weiter weg sind. Und man hat beobachtet, dass Sterne mit "Hot Jupiters" schneller rotieren als die anderen.

Wie sich nun die Magnetfelder von Sternen und Planeten verhalten und wie sie sich gegenseitig beeinflussen, haben nun Forscher rund um Ofer Cohen vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics untersucht. Ihre Ergebnisse kann man im Artikel "The Impact of Hot Jupiters on the Spin-down of their Host Stars" nachlesen.

Cohen und seine Kollegen haben hier verschieden Fälle simuliert. Die Eigenschaften des Sterns hat man HD 189733 nach empfunden; hierkonnte man schon einige Parameter seines Magnetfeldes durch Beobachtung bestimmen. Für den Planeten war Jupiter das Vorbild. Beide Objekte hat man in verschiedenen Konfigurationen "aufgestellt": der Abstand zwischen Stern und Planet wurde zwischen 3 und 12 Sternradien variiert (die Alfvén-Oberfläche liegt bei 5 Sternradien) und die beiden Magnetfelder waren entweder gleich oder entgegengesetzt ausgerichtet. So sieht das Ergebnis einer Simulation aus:

Hier ist der Planet (in blau) 12 Sternradien vom Stern (in gelb) entfernt. Das Magnetfeld des Sterns ist in rot zu sehen; dass des Planeten in gelb; die Alfvén-Oberflächen sieht man in weiß. Bei den weiteren Simulationen hat man den Planeten näher an den Stern geschoben und zwar in Richtung des rosa Pfeils:

Hier sieht man die Alfvén-Oberflächen von Stern und Planet; die Farben geben die lokalen Massenflüsse an (blau: wenig; grün: mittel; rot: stark). In der oberen Reihe ist der Fall der gleich ausgerichteten Magnetfelder zu sehen; unten sieht man den Fall der unterschiedlich ausgericheten Felder. Links ist der Planet 12 Sternradien entfernt; in der Mitte 11 und auf der rechten Seite 8 Sternradien. Man sieht gut, dass der Planet bei gleich ausgerichteten Magnetfelder näher an den Stern rücken kann, bevor sich die Alfvén-Oberflächen überschneiden.

Da sich Stern und Planet so nahe sind zeigt der Planet eine gebundene Rotation, d.h. er zeigt dem Stern immer die gleiche Seite. Der Planet - bzw. sein Magnetfeld - blockiert durch seine Nähe nun einen Teil des Sternwindes wodurch der Massenverlust des Sterns verringert wird. Der reduzierte Sternwind führt auch zu einem verringerten Verlust an Drehmoment - d.h. die Sterne werden langsamer langsamer als die Sterne ohne große Planeten in der Nähe. Das sieht man hier recht gut:

Oben sieht man, wie sich der Massenverlust in Abhängigkeit des Abstands zwischen Stern und Planet verändert (blau: gleich ausgerichtete Felder; rot: unterschiedlich ausgerichtet). Man sieht deutlich, wie der Massenverlust geringer wird, wenn der Planet sich dem Stern nähert und ebenso der Drehimpulsverlust (ist der Abstand geringer als 5 Sternradien, dann befindet sich der Planet gänzlich innerhalb der Alfvén-Oberfläche des Sterns und die Reduktion wird wieder aufgehoben).

Simulationen dieser Art sind sehr komplex und aufwendig. Aber es lohnt sich - denn es hat sich gezeigt, dass Planeten über ihre Magnetfelder einen durchaus relevanten Einfluss auf ihre Sterne haben. Ich bin gespannt, was zukünftige Arbeiten über diese Interaktion herausfinden werden!

 

Autor: Florian Freistetter· 7 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: Alfvén-Geschwindigkeit· Alfvén-Oberfläche· Alfvén-Wellen· Astronomie· Drehimpuls· Exoplanet· Exoplaneten· Himmelsmechanik· Magnetfeld· Magnetismus· Magnetohydrondynamik· Ofer Cohen· Planet· Researchblogging· Stern· Sternaktivität· Sternwind· Wissenschaft