Der 800 Lichtjahre entfernte Rote Riesenstern EK Boo besitzt ein Magnetfeld. Diese Entdeckung bestärkt die Vermutung, dass die Erde eines Tages in die Sonne stürzen wird.
Kühle Riesensterne haben Magnetfelder wie die Sonne, nur schwächere. Zu diesem unerwarteten Ergebnis kam ein internationales Astronomenteam, überwiegend von der Universität Toulouse, das von Renada Konstantinova-Antova geleitet wurde. Die Entdeckung ist nicht nur für Sternspezialisten interessant – sie gibt auch Auskunft über das Schicksal unseres Planeten. „Der Fund erhärtet die Hypothese, dass die Erde in ferner Zukunft von der Sonne verschlungen wird”, sagt Klaus-Peter Schröder von der Universität Guanajuato in Zentralmexiko, einer der beteiligten Forscher.
Die Wissenschaftler hatten den etwa 800 Lichtjahre entfernten Stern EK Boo im Sternbild Bootes mit dem neuen Spektropolarimeter am 2-Meter-Spiegelteleskop Bernard Lyot auf dem Pic du Midi Observatorium in den französischen Pyrenäen ins Visier genommen. „ Die hochempfindlichen Spektralmessungen legen nahe, dass es auf der Oberfläche von EK Boo bogenförmige bipolare Magnetfelder mit jeweils zwei Durchstoßgebieten von entgegengesetzter Polarisation gibt”, fasst Schröder das wichtigste Ergebnis zusammen. Die Stärke der Magnetfelder beträgt bis zu 8 Gauß (800 Mikrotesla). Zum Vergleich: Das globale Magnetfeld der Sonne variiert zwischen 0,5 und 4 Gauß beziehungsweise 50 und 400 Mikrotesla (in der Photosphäre), in den Sonnenflecken werden sogar mehrere Zehntel Tesla erreicht.
EK Boo ist ein kühler Roter Riese von der 2- bis 3,6-fachen Masse der Sonne, mit dem 200-fachen ihres Durchmessers und einer Oberflächentemperatur von rund 3700 Grad Celsius. Als Riesenstern befindet er sich in der Endphase seiner Entwicklung. Wasserstoff und Helium in seinem Zentrum sind bereits „verbrannt”, also zu schwereren Elementen verschmolzen. Daher dominieren in seinem Kern Sauerstoff und Kohlenstoff. In den umgebenden äußeren Schalen aus Helium und Wasserstoff hat schon die Kernfusion eingesetzt. Dabei kommt es zu Instabilitäten: Frühere Beobachtungen des Forschungssatelliten Hipparcos hatten gezeigt, dass die Helligkeit von EK Boo schwankt. Die Messungen von Konstantinova-Antova und ihren Kollegen bestätigten dies nun. Sie sprechen für einen Stern, der im Verlauf weniger Wochen langsam pulsiert.
der verschwundene drehimpuls
Wahrscheinlich hat der Stern während seiner Entwicklung den größten Teil seines Drehimpulses an die Umgebung abgegeben. Dafür gibt es einen indirekten Hinweis: Weiße Zwergsterne – die Endprodukte massearmer Roter Riesen wie EK Boo – rotieren nämlich nicht beliebig schnell. Die bekannten Rekordhalter brauchen etwa einen Tag pro Umdrehung. Das ist sehr rasant. Doch wenn ihre Riesen-Vorgänger den gesamten Drehimpuls behalten hätten, müssten zahlreiche Zwerge noch viel schneller rotieren – rund einmal pro Minute. Das ist physikalisch unmöglich. Also führen die Riesensterne offenbar einen Großteil ihres Drehimpulses an die Umgebung ab – wahrscheinlich in ihre expandierende Außenhülle. EK Boo hat auf diese Weise vermutlich mehr als 99 Prozent seines Drehimpulses verloren, wobei seine Sternhülle stets langsamer rotierte als sein Kern.
Dieser Prozess treibt wohl auch den stellaren Dynamo an, der das Magnetfeld speist. Er basiert auf komplizierten physikalischen Prozessen, die mit dem vertrauten Dynamo am Fahrrad nur entfernt etwas zu tun haben. Der stellare Dynamo ist die Folge eines zyklischen Zusammenspiels zwischen der Konvektion in den äußeren Gasschichten des Sterns einerseits und der unterschiedlich schnellen Rotation in verschiedenen Tiefen und „ Breitengraden” andererseits.
Die polaren Magnetfelder werden dabei auseinander gezogen, verlieren ihre Polarität und gelangen durch die turbulenten Prozesse im Inneren an die Oberfläche. Dort werden sie durch die Plasmaströme erneut polarisiert, aber entgegengesetzt zur ursprünglichen Ausrichtung. „Es ist ein zyklischer Wechsel zwischen einem schwächeren globalen polaren Feld und starken, aber nur lokalen, seitwärts orientierten Feldschleifen. Deren Zerfall und partielle Verdrehung baut dann ein neues, aber entgegengesetzt orientiertes polares Feld auf”, erklärt Schröder. „Diese zyklischen Prozesse dauern etwa zehn Jahre, genau wie wir es bei der Sonne beobachten.”
Verschlucken oder Verschmelzen
Andere vorgeschlagene Erklärungen halten die Forscher für weniger wahrscheinlich. Nach einer These wurde der Dynamo durch das Verschlucken eines Planeten aktiviert. Doch davon müssten Spuren in der Sternatmosphäre zeugen, beispielsweise von Lithium – vorausgesetzt, es ist noch nicht zu lange her, dass es zum Kannibalismus kam. Und solche Lithium-Spuren konnte bislang kein Wissenschaftler nachweisen. Nicht ausschließen lässt sich, dass EK Boo einst bei der Verschmelzung zweier Sterne entstanden ist. Denn die Turbulenzen bei diesem Prozess könnten ebenfalls einen Dynamo erzeugen.
DIE SUCHE NACH WEITEREN RIESEN
Wie häufig Riesensterne mit Magnetfeldern sind, ist bislang völlig unbekannt. Renada Konstantinova-Antova und ihre Kollegen haben bereits bei acht weiteren Riesensternen danach gesucht. Schwache Hinweise fanden sie jedoch nur bei dem 200 Lichtjahre entfernten Stern Mirach (Beta Andromedae). „Vielleicht ist EK Boo nur die Spitze des Eisbergs, vielleicht aber auch ein Spezialfall” , meint Schröder. Auf jeden Fall wird EK Boo in die Geschichte der Astronomie als erster bekannter Riesenstern mit einem Magnetfeld eingehen. „Das Feld ist nicht stark genug für die Bildung von Flecken an der Oberfläche, erzeugt aber sicher Strukturen in der Chromosphäre oder Korona des Sterns”, sagt Schröder. Das wird wohl auch bei unserer Sonne der Fall sein, wenn sie sich in etwa 7,6 Milliarden Jahren zum Roten Riesen aufbläht. Dann wird ihre äußere Hülle bis fast an die Erdbahn reichen. Weil die sterbende Sonne bis dahin einen Teil ihrer Masse ins All geblasen hat, wird die Erdbahn einen größeren Durchmesser haben als heute.
Ob unser Planet deshalb dem infernalischen Sturz in die Sonne entkommt oder doch in ihr verdampft, war lange umstritten (bild der wissenschaft 11/2000, „Feurige Apokalypse”.) Inzwischen spricht mehr für das feurige Finale. So hat Schröder berechnet, dass die glühende Erde von der sterbenden Sonne wahrscheinlich verschluckt wird, weil die dünne Sonnenatmosphäre die Bewegung der Erde verlangsamt, was deren Bahnradius verringert (bild der wissenschaft 11/2007, „Flammendes Finale”). „Wie sich Magnetfelder in einer mehrere Hunderttausend Jahre langen Phase auf die in großer Nähe umlaufende Erde auswirken werden, ist schwer zu berechnen. Aber sie werden sie sicherlich zusätzlich bremsen”, sagt Schröder. „Das bestärkt die Vermutung, dass es zum Untergang der Erde kommt, kurz bevor die Sonne ihre maximale Ausdehnung erreicht hat.” ■
von Rüdiger Vaas
