Am Himmel unserer Erde sieht die Sonne eigentlich immer gleich aus. Sie leuchtet vor sich hin und daran ändert sich nicht viel (sie wird zwar langsam immer heller, aber dieser Effekt lässt sich nur im Laufe von Jahrmillionen beobachten). Erst wenn man genauer hin sieht, zeigt sich, dass die Sonne keine große, konstant leuchtende „Glühbirne“ am Himmel ist, sondern ein chaotischer, brodelnder Haufen aus heißem Plasma. Ein chaotischer, brodelnder Haufen aus heißem Plasma, bei dem es immer wieder Mal zu großen Explosionen kommt. Diese Flares können ziemlich heftig werden und dann durchaus auch Einfluss auf die Erde haben – aber normalerweise kriegen wir davon am Erdboden wenig mit. Ein kürzlich von Astronomen beobachteter Stern hat sich aber als ein ganz anderes Kaliber herausgestellt. Dort wurde eine Explosion registriert, die zehntausend Mal stärker war als alles, was unsere Sonne je zustande gebracht hat.
Der Stern heißt DG Canum Venaticorum (DG CVn) und befindet sich 60 Lichjahre weit weg in Richtung des eher unbekannten Sternbilds der Jagdhunde). Beobachtet wurde er mit dem NASA-Teleskop Swift. Es dient eigentlich dazu, Gammablitze zu registrieren. Über diese größten kosmischen Explosionen habe ich früher schon mehr geschrieben (siehe hier: Teil 1, Teil 2); sie entstehen, wenn ein großer Stern sein Leben explosiv beendet. Bei so einer Hypernova wird der gesamte Stern zerstört und leuchtet dabei kurzfristig heller als eine ganze Galaxie. Aber mit dem, was man am 23. April 2014 bei DG Cvn beobachtet hatte, hatten die Wissenschaftler nicht gerechnet. Sie hatten nicht einmal damit gerechnet, dass dieser Stern überhaupt ein lohnendes Ziel für Swifts Beobachtungen wäre. Dann aber hat das „Burst Alert Telescope (BAT)“ von Swift dort einen Ausbruch von Gammastrahlung detektiert und die automatisierten Routinen des Satelliten schlugen Alarm. Die Kameras der wissenschaftlichen Instrumente wurden nun auf DG CVn gerichtet und sammelten Daten („Swift Detection of a Superflare from DG CVn“). Daten, die überraschend waren…
Man sah keinen explodierenden Stern, sondern einen schon bekannten Himmelskörper, der plötzlich enorm hell aufleuchtete. Und drei Stunden nach dieser ersten Explosion folgte eine zweite, die mindestens ebenso hell war. In den nächsten 20 Tagen kam es bei DG CVn immer wieder zu großen Explosionen, bevor sich der Stern wieder beruhigt hatte. Man hatte diesmal nicht den Tod eines Sterns beobachtet, sondern seine Flares. Die waren aber deutlich stärker als man es von der Sonne gewohnt war. Sonnenstürme klassifiziert man mit einer Skala auf der die Stürme der Klasse X die stärksten Explosionen hervorrufen. Eine Zahl hinter dem X gibt die Intensität genauer an und der größte bisher beobachtete Flare auf der Sonne lag bei X45. Das, was man auf DG CVn beobachtet hatte, war aber ungefähr X100000…
Man könnte nun denken, dass so eine gigantische Explosion nur auf einem entsprechend gigantischen Stern stattfinden kann. Aber das Gegenteil ist der Fall: Bei DG CVn handelt es sich um einen roten Zwergstern (eigentlich ein Doppelstern). Seine Masse beträgt ein Drittel der Sonnenmasse, sein Durchmesser ein Drittel des Sonnendurchmessers und seine Leuchtkraft (normalerweise) nur ein Hundertstel der Sonnenleuchtkraft. Aber genau diese Eigenschaften machen den roten Zwergstern zu einem guten Kandidaten für große Flares.
Die Aktivität der Sonne habe ich früher schon ausführlich erklärt. Kurz zusammengefasst entsteht sie durch die Bewegung des Sonnenplasmas und dessen elektromagnetische Eigenschaften. Die Teilchen des Plasmas sind elektromagnetisch geladen und werden daher von den solaren Magnetfeldern beeinflusst. Die solaren Magnetfelder wiederum entstehen durch die Bewegung des geladenen Plasmas. Und die oberen Schichten der Sonne sind durch die Konvektion ständig in Bewegung: Kaltes Material an der Oberfläche sinkt ab und warmes von weiter unten steigt auf. Insgesamt entsteht so ein fürchterliches Kuddel-Muddel aus herumwirbelnden Plasma, das die Magnetfelder entsprechend chaotisch mit sich zieht. Sind die Magnetfelder zu stark verdreht und durcheinander, kommt es zu einem „Kurzschluss“ und die in den Feldern gespeicherte Energie wird freigesetzt. Eine Explosion und ein Flare sind die Folge.
Das passiert im Prinzip auch bei dem kleinen roten Zwergstern DG CVn. Nur dass hier im Gegensatz zur Sonne nicht nur die obersten Schichten durch Konvektion in Bewegung sind, sondern der gesamte Stern. Das ganze Plasma des Sterns ist hier in Bewegung, bis hinunter zum Kern. Außerdem ist DG CVn noch recht jung und rotiert sehr schnell: Er braucht für eine Drehung knapp einen Tag (wohingegen die Sonne gut einen Monat für eine Rotation braucht). All diese Dynamik sorgt dafür, dass wesentlich mehr Energie in den Magnetfeldern von DG CVn gespeichert werden kann als bei unserer Sonne. Und wenn es dann zum Kurzschluss kommt, sind die Folgen dementsprechend größer…
In diesem Video erklären die Forscher nochmal selbst, was sie entdeckt haben und man kann die Beobachtungsdaten und schöne Animationen sehen:
Angst brauchen wir davor übrigens keine haben. Der Stern befindet sich ja 60 Lichtjahre weit weg und das ist mehr als ausreichend. Selbst ein viel näherer Stern könnte uns mit seinen Eruptionen nicht gefährlich werden. Aber es lohnt sich trotzdem, diese Mega-Explosionen zu untersuchen. Rote Zwerge wie DG CVn gelten als gute Kandidaten für die Suche nach Exoplaneten. Da sie so klein und leuchtschwach sind, lassen sich etwaige Planeten die sie umkreisen, gut entdecken. Rote Zwerge haben auch eine extrem lange Lebensdauer und können viele Milliarden Jahre länger existieren als größere Sterne wie unsere Sonne. Leben hätte dort also ausreichend Zeit um sich zu entwickeln – entsprechende Planeten müssten ihrem Stern aber auch viel näher sein als bei uns, da die Leuchtkraft der roten Zwerge ja auch deutlich geringer ist.
Ein Planet, der DG CVn in geringem Abstand umkreisen würde, wäre von diesem Megaflare vermutlich nicht recht begeistert gewesen. Beziehungsweise dessen potentielle Bewohner, deren ebenso potentielle Zivilisation den Aktivitätsausbruch vermutlich nicht überstanden hätte. Wenn wir verstehen wollen, wie gut die Chancen sind, irgendwo dort draußen außerirdisches Leben zu entdecken, dann lohnt es sich, mehr über die Gefahren zu lernen, die im Weltall existieren…
„Außerdem ist DG CVn noch recht jung“
Wenn der Stern noch relativ jung ist (übrigens: jung im Verhältnis zur Sonne – oder im Verhältnis zur möglichen „Lebenserwartung“ eines roten Zwerges?), dann sind die Chancen recht gut, daß sich auf seinen potentiellen Begleitern noch kein Leben entwickeln konnte – selbst bei der Erde hat das ja einige 100 Mio Jahre gedauert, …
@Karsten: Richtig – da ist noch viel Zeit. Aber wenn dort sowas regelmäßig vorkommt, ist die Chance gering, dass es da irgendwann mal höheres Leben gibt. Bakterien et al vielleicht, aber alles höhere würde durch solche Flares immer wieder zurück geworfen werden…
Na sooo überraschend ist das nun auch wieder nicht, immerhin ist der DG CVn-Flare schon das elfte derartige Ereignis, bei dem Swifts BAT angeschlagen ist. Und damit übrigens nicht der letzte, denn der DG- CVn-Flare war ja schon im April, während sich im Juli UX Ari (mal wieder) auf dieselbe Art gemeldet hat.
Seit mehreren Jahren bin ich nun schon hinter genau diesen Ereignissen hinterher, leider hats bisher nicht geklappt, sie mit einem hochauflösenden Spektrografen zu erwischen…
Hm, was heißt regelmäßig? unsere Erde ist jetzt mehr als 5 Milliarden Jahre alt.
Ist es wirklich auszuschließen, dass die Erde nicht doch immer wieder mal durch ein großes Flare der Sonne gegrillt wurde, bevor unser heutiges Leben entstand?
@Rob: „Ist es wirklich auszuschließen, dass die Erde nicht doch immer wieder mal durch ein großes Flare der Sonne gegrillt wurde, bevor unser heutiges Leben entstand?“
Warum sollten die dann aber plötzlich aufhören? Wenns in den letzten paar Milliarden Jahren nix gab, dann ist es unwahrscheinlich, dass es früher was gab.
Achtung Laie:
60 Lichtjahre… Also ereigneten sich die Flares irgendwann in 1954? Krass diese Vorstellung der Entfernungen.
Verliert der Stern dadurch an Materie/Gewicht? Wäre es möglich, dass die zur Planetensuche gesammelten Daten durch solch einen „Mörder-Flare“ inkonsistent werden, sollte sich die gravitative Wechselwirkung zwischen Planet und Stern ändern? (Suche anhand von Sternwackeln, weiß gerade nicht wie die Methode heißt…)
Danke!
@Thomas: „Verliert der Stern dadurch an Materie/Gewicht?“
Ja, aber so wenig, dass es kaum ins Gewicht fällt. Das lässt sich nicht registrieren.
@Carolin Liefke
Ah, eine Expertin 🙂
Gibt’s auch M-Sterne, die sehr langsam rotieren und keine großen Flares produzieren? Und somit bessere Chancen für die Entstehung von Leben bieten? Oder sind die alle wegen ihrer Konvektivität extremer als die Sonne?
Ich meine ja, weil die M-Sterne viel häufiger sind als selbst die Klassen K bis F zusammen, spräche die Wahrscheinlichkeit eher dafür, dass wir uns im Orbit um einen M-Stern befinden sollten – wenn nicht die M-Sterne wegen ihrer Flares (oder aus anderen Gründen, z.B. gebundene Rotation von Planeten in der engen habitablen Zone) grundsätzlich schlechter für die Entwicklung von höherem Leben geeignet wären.
@Thomas:
Nur als Anmerkung (keine Kritik) : diese Denkweise ist aus mehreren Gründen nicht hilfreich. Spätestens dann, wenn du Licht von Objekten auswertest, die mit einer Geschwindigkeit eines erheblichen Bruchteils der Lichtgeschwindigkeit „unterwegs“ sind (das ist in bestimmten Situationen nicht so einfach zu bestimmen), kannst du diesen Schluß nicht mehr ziehen, da Zeit für jeden Beobachter im Universum unterschiedlich schnell vergeht – je nachdem, wie schnell er ist. Aber implizit steckt in deiner Aussage die Behauptung drin, daß Zeit absolut sei. (Auch) deswegen haben sich unsere Astronomen darauf geeinigt, daß der Zeitpunkt der Beobachtung gleich der Zeitpunkt des Ereignisses selbst ist. Entfernungen im Universum (räumliche und zeitliche) sind eine Wissenschaft für sich. Wenn mir nur noch einfiele, wie Florians Artikel hieß, den er darüber mal geschrieben hat …
@TAFKAB (the-annotator-formerly-known-as-Bullet)
War es vielleicht dieser Artikel?
@Alderamin
Ich muß etwas weiter ausholen, denn da kommen mehrere Faktoren zusammen. Zunächst mal ist da die Sache mit der Rotationsdauer bzw. dem Alter und der Aktivität: Diese Korrelation ist ganz klar da. Junge Sterne wie DG CVn rotieren schnell, was offensichtlich den Dynamo in ihrem Inneren ordentlich anheizt und zu verstärkter Aktivität führt. Ein Klassiker für das Gegenstück zu DG CVn wäre Proxima Centauri, der schätzungsweise etwa 6 Milliarden Jahre alt ist. Da gibts eine Messung aus den 90ern, wo die Rotationsperiode zu 83 Tagen bestimmt wurde, also nochmal deutlich länger als bei der Sonne. Problem: Selbst der zeigt im Röntgenbereich gerne mal recht heftige Flares.
Gerade die Sache mit den Dynamoprozessen ist bei M-Zwergen allerdings noch mit dem einen oder anderen Fragezeichen behaftet, denn der sogenannte alpha-Omega-Dynamo, wie er in der Sonne abläuft und den man zumindest grob ganz gut verstanden hat, scheitert an genau dem Punkt im Hertzsprung-Russel-Diagramm, an dem sich DG CVn befindet, nämlich bei den mittleren M-Sternen. Dort ist der Übergang zum vollkonvektiven Stern, und ab hier sollte es nur noch kleinskaligere turbulente Dynamoprozesse geben, die man noch längst nicht so gut theoretisch im Griff hat, die aber insgesamt für einen Rückgang der Aktivität sorgen sollten.
Letztendlich beobachtet man genau das aber auch, nämlich daß späte M-Sterne und schließlich Braune Zwerge immer inaktiver werden je später der Spektraltyp. Irgendwo Mitte L ist dann Ende Gelände.
Will man das an sonnennahen Sternen näher untersuchen, hat man dann wiederum schnell einen ziemlichen Altersbias da drin – die Katze beißt sich also in den Schwanz, besonders weil die Altersbestimmung von Sternen nicht zu ganz trivial ist.
Welche Prozesse transportieren denn den Drehimpuls vom Stern weg?
Mir würden da spontan Magnetfelder und Gezeitenkräfte mit Planeten einfallen. Oder wird die Rotation durch Umverteilung der Masse langsamer und der Drehimpuls bleibt konstant?
@JaJoHa
Gezeitenwechselwirkungen mit Planeten werden im Normalfall nicht ausreichen um einen Stern signifikant abbremsen zu können.
Bei ganz jungen Sternen, die noch von einer Akkretionsscheibe umgeben sind (in der sich gerade Planeten bilden könnten) gibt es dagegen Wechselwirkungen zwischen dem Magnetfeld der Sterne und dem der Scheibe, mit denen jede Menge Drehimplus nach außen geht. Da gibts dann übrigens auch mächtige Flares bei Rekonnexionsereignissen zwischen Stern und Scheibe.
Als nächstes kämen Sternwinde, auch die sind sehr effizient was das Wegtragen von Drehimpuls angeht. Sternwinde gibts ebenfalls schon, wenn der Stern noch inmitten seiner Akkretionsscheibe steckt (sie werden zum Teil sogar durch die Akkretion getrieben), und natürlich auch noch später, wenn der Stern „erwachsen“ ist.
Außerdem kann man den Drehimpuls auch noch im Sterninneren durch die unterschiedlichsten Prozesse umverteilen, da gibt es allerdings noch viele Unklarheiten.
@Carolin Liefke
Danke! Also sieht’s bei den M-Sternen vermutlich generell nicht so toll für Leben aus (weneigstens solches an der Oberfläche eines Planeten) – was zu meiner kleinen Wahrscheinlichkeitsbetrachtung passen würde.
Es gibt ja sogar Superflares bei einigen wenigen G-Sternen, die scheinen nicht mit der Rotation zu korrelieren. Hier wird vermutet, dass Hot Jupiters dafür sorgen könnten, die Magnetfelder solcher Sterne zu verdrillen. Vielleicht spielt dieser Effekt auch bei M-Zwergen eine Rolle?
@Carolin Liefke
Ich hätte jetzt nicht erwartet, das Sternenwind da eine Rolle spielt, weil (leichte) Hauptreihensterne doch relativ wenig Massenverlust haben und ein radiales Abströmen wenig effektiv währe.
Danke, da habe ich wieder etwas neues gelernt.
@Alderamin: jepp, sieht schwer danach aus.
Ich war übrigens gerade etwas im Zweifel, ob ich richtig gelesen hatte: TAFKAB. Ich kenne eine Figur, die „Tafkar“ heißt. Ist nahe dran. Aber schon drei Jahre her. Und eigentlich sogar 187 000 Jahre. 🙂 Na? Ahnung, anyone?
und zum Thema:
@Carolin:
Das hieße ja nichts anderes, als daß der Stern die Akkretionsscheibe beschleunigt, dadurch den Drehimpuls nach außen wuppt und damit auch viele Brocken einfach aus dem System feuert. Ich glaube aber mal gelesen zu haben, daß Jupiter bei uns den allergrößten Teil des Drehimpulses des Sonnensystems enthält. Ist das denn bei quasi „frischer“ AS auch so?
@Bullet: danke, werde mal suchen und mich einlesen.
„Aber implizit steckt in deiner Aussage die Behauptung drin, daß Zeit absolut sei.“
Das stimmt so nicht, war ja eine Frage…
@Bullet
C’mon! Nie gehört? Bin ich wirklich schon so alt?? 🙁
@Bullet Das heißt, wenn ein 10000 Lichtjahren entfernter Stern explodiert (Supernova), dann hat das Licht nicht 10000 Jahre zu uns gebraucht sondern deutlich länger? Oder wie meinst du das?
@Cakir: „Das heißt, wenn ein 10000 Lichtjahren entfernter Stern explodiert (Supernova), dann hat das Licht nicht 10000 Jahre zu uns gebraucht sondern deutlich länger? Oder wie meinst du das?“
Umgekehrt. Nur weil das Licht 10000 Jahre gebraucht hat, folgt daraus nicht, dass der Stern auch 10000 Lichtjahre weit weg ist.
@Cakir
Es gibt eine Lichtlaufzeitentfernung und eine tatsächliche Entfernung (heißt auf Englisch „proper distance“, kenne ehrlich gesagt kein deutsches Wort dafür). Die erstere beschreibt die Strecke, die ein Lichtstrahl zurücklegen muss, der vom Objekt zu uns gelangt. Die zweite beschreibt die Strecke, die man mit einem imaginären Maßband messen würde, also jetzt sofort. Das entspricht dem, was wir üblicherweise unter „Entfernung“ verstehen.
Da sich das Weltall ausdehnt, muss ein Lichtstrahl mehr Weg zurücklegen, als die tatsächliche Entfernung zu Beginn seiner Reise, denn das Ziel, die Erde, läuft ihm davon. Wenn der das Ziel erreicht hat, hat er die Lichtlaufzeitentfernung zurückgelegt, die grrößer als die tatsächliche Entfernung zu Beginn war. Sie ist allerdings kleiner als die tatsächliche Entfernung bei seiner Ankunft, denn die Quelle hat sich in Gegenrichtung ebenfalls entfernt.
Wenn wir z.B. heute eine Galaxie sehen, von der aus das Licht zu uns 10 Milliarden Jahre brauchte (Lichtlaufzeitentfernung 10 Milliarden Lichtjahre), ist sie heute schon 16 Milliarden Lichtjahre entfernt. Bei 13 Milliarden Lichtjahren Lichtlaufzeitentfernung sind es sogar schon 29 Milliarden Lichtjahre tatsächliche Entfernung.
Auf so kurzen Distanzen wie 10000 Lichtjahre spielt der Effekt jedoch keine Rolle.
Wieder was dazugelernt. Danke euch! 😉
So ein Satz kann aber auch nur von einem Astronomen kommen. Das ich mir diese Entfernung jetzt übrigens besser vorstellen kann ist Deinem sehr schönen Artikel aus dem Blogschreib Wettbewerb zu verdanken… 😉
@ Till, @Alderamin: „Auf so kurzen Distanzen wie 10000 Lichtjahre […]“ – Same here! Der krasseste Satz auf der ganzen Seite. Hat mich sehr weggelassen. Lektionen in Demut 🙂
@Carolin und @Alderamin:
Vielen Dank für den Gedankenaustausch. Ich für meinen Teil habe wieder sehr viel neues dazu gelernt.
@Alderamin
“Proper distance” heißt im Deutschen „Eigendistanz“.
@Niels
Danke.
Wenn das so ist… dann ist diese Kraft ziemlich stark, also schon einige Größenordnungen über den erwarteten Resultaten. Könnte man das im Stil des Orion Projekts oder zubrinschen Salzwasser cNTR als Antriebslösung nutzen?
Protphobische X-Bosomen, hmm? Was heißt eigentlich „protophisch“ genau?