Hochenergetische Aktivitätsphänomene kühler Sterne

Stellare Aktivität kann schwerwiegende Konsequenzen auf die Habitabilität terrestrischer Planeten in nahen Orbits um den Stern haben. In Hinblick auf zukünftige Missionen zur Suche nach habitablen Planeten, wie Darwin (ESA) und TPF (NASA), ist detailliertes Wissen über die Aktivität möglicher Zielobjekte essentiell für die Planung solcher Missionen. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass starke CME (Coronal Mass Ejection)-Aktivität dazu führen kann, dass nahe Planeten ihre Atmosphären verlieren können. Dies ist von besonderer Bedeutung für Sterne späten Spektraltyps (K, M), da deren habitable Zonen viel näher am Stern liegen als bei früheren Typen (F, G). Es ist eine bekannte Tatsache, dass eine große Anzahl von Sternen späten Spektraltyps eine weit höhere Flare-Aktivität zeigt als unsere heutige Sonne. Da Flares und CMEs auf der Sonne räumlich und zeitlich zu einem gewissen Grad korreliert sind, wird angenommen, dass Sterne mit stärkerer Flare-Aktivität auch Sterne mit stärkerer CME- Aktivität sind. Seit vielen Jahren werden Flares auf anderen Sternen untersucht, jedoch fehlt noch immer detaillierte Information über deren CME-Aktivität, da CMEs nur auf der Sonne direkt beobachtet werden können. Um stellare CME-Aktivität zu untersuchen ist es notwendig auf indirekte Methoden zurückzugreifen. Bei einigen K und M-Sternen wurden Absorptions-Charakteristika in UV-Spektren gefunden, die als Indikatoren für Masse- Auswürfe interpretiert werden können. Typ II-Radioausbrüche im Dekameter-Bereich sind verlässliche Indikatoren für CMEs auf der Sonne. Wir planen deshalb, Analoga dieser charakteristischen Radioausbrüche bei anderen Sternen (G, K, M) zu suchen, da diese die bevorzugten Zielobjekte für Missionen wie Darwin oder TPF sind. Wir bereiten eine Beobachtungskampagne vor, die Beobachtungen sowohl im Radio-, als auch im optischen Bereich (UBVRI Photometrie, Spektroskopie) beinhaltet. Die Radiobeobachtungen, welche die Detektion stellarer Analoga der Typ II Ausbrüche zum Ziel haben, werden am weltgrößten Dekameterantennenfeld, dem UTR-2 der "Ukrainian Academy of Sciences" in Kharkov (Ukraine) durchgeführt. Die simultanen Beobachtungen im optischen Bereich erfolgen am "Astronomical Institute of the Slovak Academy of Sciences" (Photometrie) bzw. am Observatorium Lustbühel in Graz (Spektroskopie). Gleichzeitige Beobachtungen im Radio- und im optischen Bereich sind notwendig, um den zeitlichen Zusammenhang zwischen Flares und CMEs zu untersuchen. Zusätzlich planen wir eine Untersuchung von FUV- Spektren (FUSE), um Dopplerverschiebungen und Linien-intensitätsverhältnisse zu berechnen, die Aufschluss über stellare Massenauswürfe geben können. Ebenfalls in Planung ist die Erstellung eines Kataloges von M-Sternen, der sich besonders auf Daten bezüglich stellarer Aktivität konzentrieren soll. Dieser Katalog wird dann als Basis für die generelle Untersuchung der Aktivität von M-Sternen genutzt, insbesondere in Hinblick auf deren mögliche Habitabilität. Dieses Projekt soll zu einem besseren Verständnis der Thematik stellarer Massenauswürfe und deren Verbindung zu stellaren Flares beitragen, welches durch eine Kombination mehrerer Methodiken gewonnen werden soll.

Die Zahl der entdeckten Exoplaneten wächst schnell, als auch Methoden sie zu charakterisieren. Planeten gehen eine enge Symbiose mit ihren Sternen ein. Die Eigenschaften des Sterns haben deshalb wichtige Auswirkungen auf die Entstehung und Entwicklung von Planeten, deren Atmosphären, und Habitabilität. Hochenergetische Strahlung und Teilchenemissionen der Sonne können starke Störungen in der Erdatmosphäre verursachen. Sterne, die aktiver sind als die Sonne, beeinflussen ihre Planeten noch stärker, insbesondere wenn diese sich noch näher am Stern befinden. Deshalb ist detailliertes Wissen um stellare Aktivitätsphänomene und deren Auswirkungen auf Planeten von größter Bedeutung. In diesem Projekt suchten wir bei Sternen nach indirekten Signalen koronaler Massenauswürfe (CMEs), welche bereits auf der Sonne beobachtet wurden. Dazu wurden Daten aus verschiedenen Wellenlängenbereichen (Radio und fernes Ultraviolett/FUV) von mehreren Sternen analysiert. Da diese Signale erwartungsgemäß schwach sind, werden sensitive Instrumente benötigt, und ihr sporadisches Auftreten bedingt eine lange Beobachtungsdauer. Im Radiobereich wurden einige mögliche stellare Ausbrüche detektiert, die jedoch vermutlich nicht mit Plasmaauswürfen gekoppelt waren. Um CME-gekoppelte Ausbrüche zu finden, würde man wahrscheinlich noch empfindlichere Instrumente benötigen als zur Verfügung stehen. Im FUV wurden schwache Signale stellarer CMEs gefunden. Zu kurze Beobachtungszeiten, limitierte Empfindlichkeit, und unregelmäßiges Auftreten der Ereignisse führten zu diesen limitierten Resultaten. Zukünftige Instrumente mit höherer Empfindlichkeit, sowie Berücksichtigung anderer Wellenlängenbereiche, werden mit Sicherheit die Untersuchungsmöglichkeiten stellarer CMEs verbessern. Das zweite Ziel des Projektes war die Erstellung eines Katalogs von nahen Sternen des Spektraltyps M, welche weniger als die halbe Sonnenmasse, und deswegen auch eine geringere Helligkeit haben. Mehr als 70% der Galaxis besteht aus diesen Sternen, deshalb sind sie viel versprechende Zielobjekte für die Suche nach Exoplaneten. Viele von ihnen sind jedoch sehr aktiv, deshalb ist ihr Potential als Lebensraum umstritten. Der Katalog beinhaltet verschiedenste wichtige Daten der nächsten 700 Sterne dieses Typs. Er bildet eine reichhaltige Basis für Planeten- und Sternenforscher, um interessante und viel versprechende Objekte für zukünftige Studien zu selektieren. Der Einfluss stellarer Aktivitätsphänomene auf die Atmosphären von Planeten wurde ebenfalls behandelt. Insbesondere wurde die Verdampfung von Planetenatmosphären ausgelöst durch hochenergetische stellare Strahlung untersucht. Da eine große Zahl an Exoplaneten bekannt ist, die ihre Sterne in Abständen kleiner als 1/10 der Merkurbahn umkreisen, wird erwartet, dass der Einfluss stellarer Emissionen noch viel stärker ist als auf unserer Erde. Jedoch zeigten unsere Resultate, dass es nicht möglich ist, einen massiven Gasplaneten zu verdampfen, sodass ein Kern in der Größe eines Steinplaneten wie der kürzlich entdeckte CoRoT-7b übrig bleibt.