Magnetfelder bei Hauptreihen Sternen

Die Beschäftigung mit stellaren Magnetfeldern ist unabdingbar für ein tieferes Verständnis der Strukturen und der Entwicklung von Sternen. Indirekt beeinflussen somit stellare Magnetfelder auch andere astropyhsikalische Prozesse, wie zum Beispiel bei der Bildung und Entwicklung von Galaxien und somit letztendlich auch die Entwicklung unseres Universums. Leider stellt das Modellieren von Magnetfeldeffekten die Theoretiker oft vor unbewältigbare Aufgaben und vereinfachte Modelle sind oft nur von beschränkter Brauchbarkeit. Theorie und Beobachtungen deuten zum Beispiel darauf hin, dass Magnetfelder die Diffusion von chemischen Elementen in Sternhüllen wesentlich beeinflussen, und somit den chemischen Aufbau. Weiters ergeben sich hydrodynamische Instabilitäten welche die Durchmischung im Sterninneren beeinflussen oder auch zu einer Umverteilung von Drehimpulsen führen können. Die Entwicklung solcher Modelle steckt erst in den Anfängen. Der Teil eines Sternes der unseren verschiedenen Beobachtungsmethoden im sichtbaren Spektralbereich mehr oder weniger direkt zugänglich ist, umfasst die Sternatmosphäre und die darunter liegenden Bereiche, bis zu den Tiefen, wo für Hauptreihensterne Konvektion wesentlich zum Energietransport beiträgt. Wir planen, uns im Rahmen dieses Projektes auf die räumlichen Strukturen von Sternatmosphären zu konzentrieren, insbesondere auch die Tiefenabhängigkeit verschiedener Kenngrößen zu untersuchen, und damit neue Erkenntnisse über den Ursprung und die Entwicklung stellarer Magnetfelder zu bekommen. Entsprechend dem Forschungsschwerpunkt der vergangenen Jahre gehen wir dabei von den Sternen im Zentrum des Hertzsprung-Russell Diagrams aus, aber wir möchten auch den Übergang zu den sonnenähnlichen kühleren Sternen bearbeiten, um den Zusammenhang mit deren stellaren Aktivitäten zu untersuchen. Wesentliche neue Information über den inneren Aufbau von Sternen erwarten wir auch von asteroseismologischen Daten, insbesondere von solchen, die von Forschungssatelliten gewonnen werden. Das kanadische Weltraumteleskop MOST, das in Kooperation mit dem Institut für Astronomie der Universität Wien betrieben wird, wird solche Beobachtungen anstellen und vermutlich einige Überraschungen bereit halten, wie dies beim ersten Beobachtungsobjekt nach der Inbetriebnahme der Fall war, bei Procyon (Nature 430, 51 (2004)).

Noch immer liegt wenig gesichertes Wissen über den Ursprung und die Struktur von Magnetfeldern vor, sowie über deren Auswirkungen auf Pulsation, Sternflecken mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung auf der Oberfläche und auch auf das Entstehen von Tiefenschichtungen. Magnetfeldstrukturen und die bereits angesprochenen chemischen Inhomogenitäten wurden von verschiedenen Gruppen untersucht, aber noch immer nicht mit einem befriedigenden und konsistenten Ergebnis. Im Rahmen des Projektes wurden viele magnetische Sterne unterschiedlicher "Pekuliarität" - sogenannte Ap Sterne - beobachtet und analysiert. Einige davon wurden sogar erst von uns entdeckt. Sie stellen eine deutliche Bereicherung des Beobachtungsmaterials dar, das die Wechselwirkungen zwischen stellaren Magnetfeldern und den Atmosphären näher zu untersuchen erlaubt. Obwohl diese Effekte vor allem bei Sternen mit kräftigem messbaren Magnetfeld beobachtet und untersucht werden, spielen sie vermutlich aber auch bei vorgeblich "unmagnetischen" Sternen eine nicht zu unterschätzende Rolle. Gegenwärtig kann nämlich nur der Mittelwert des stellaren Oberflächenmagnetfeldes gemessen werden, weil noch keine Oberflächenstrukturen im Teleskop auflösbar sind. Sterne sind einfach zu weit von uns weg, als dass wir deren Oberflächendetails direkt sehen könnten. Ein Stern mit einem komplexen starken Magnetfeld aber unterschiedlicher Polarität könnte somit für uns als unmagnetisch erscheinen. Im Rahmen unseres Projektes ist es erstmals gelungen, für einen pulsierenden magnetischen Ap Stern gleichzeitig die Struktur des Oberflächenmagnetfeldes zu bestimmen, wie auch die fleckige Elementverteilung an der Oberfläche und auch den Verlauf mit der Tiefe. Die dazu erforderlichen Hilfsmittel wurden im Rahmen vorangehender Untersuchungen einer größeren Zahl von Ap Sternen unterschiedlicher Pekuliaritäten und Magnetfeldstärken entwickelt. Weiters wurden 10 offene Sternhaufen unterschiedlichen Alters untersucht, um auch auf Entwicklungseffekte rückschliessen zu können. Solche Sternhaufen bestehen nämlich aus mehreren hundert Mitgliedern, die alle etwa zur gleichen Zeit aus der selben Wolke interstellarer Materie entstanden sind. Der wichtigste Unterschied liegt lediglich in ihrer Masse, die wesentlich die Entwicklungsgeschwindigkeit bestimmt. Wir fanden eine starke Korrelation zwischen der Pekuliarität von metallreichen (Am) Sternen und deren Rotationsgeschwindigkeit, und gute Übereinstimmung von beobachteten Tiefenschichtungen von Elementen mit Vorhersagen aus der Diffusionstheorie. Dies ist die umfangreichste und homogenste Untersuchung dieser Art bislang.