Akkustische Untersuchung des Aufbaus von Sternen

Das Forschungsprogramm behandelt ungelöste Probleme der stellaren Astrophysik unter Verwendung von helio- und asteroseismologischen Methoden. Helioseismologie erforscht das Innere der Sonne mit Hilfe von Schallwellen, die sich durch den ganzen Stern ausbreiten. Asteroseismologie verwendet die gleiche Methode, jedoch für entfernte Sterne deren Oberflächenstruktur nicht mehr auflösbar ist. Die dafür verwendeten Methoden ähneln jenen die Geophysiker zur Bestimmung des inneren Zustands der Erde benützen. Das Ziel dieses Forschungsprogramms ist die Entwicklung und Anwendung von neuen Diagnose-Verfahren für eine vollständige Nutzung der asteroseismischen Daten von Sternen mit sonnenähnlichen Schwingungen. Die Bedingungen für eine erfolgreiche Durchführung eines solchen Forschungsprogramms sind zur Zeit besonders günstig. Die Zahl jener Sterne in denen Oszillationen beobachtet werden können steigt rasant, vor allem auf Grund der neuersten Beobachtungsresultate vom erfolgreichen Französischen Satellitenprojekt CoRoT, vom geplanten NASA Projekt Kepler, vom Austro-Kanadischen Satelliten BRITE-Constellation, sowie von erd-gebundenen Beobachtungskampagnen wie z.B., von der Dänischen ``Stellar Oscillation Network Group`` (SONG). In diesem Forschungsprojekt werden wir die enormen Datenmengen von diesen hoch-qualitativen seismischen Beobachtungen analysieren und interpretieren. Das Forschungsprogramm basiert auf die folgenden aktuellen Schwerpunkte: (i) eine präzisere Trennung jener Schwingungsinformationen die verschiedene physikalische Attribute des Sternaufbaus beschreiben, (ii) die Beschreibung der Wechselwirkung zwischen stellare Konvektion und Pulsation, und (iii) ein tieferes Verständnis jener physikalischen Prozesse die in den äußersten Schichten der Sonne vorherrschen, und folglich auch in sonnenähnlichen Sternen sowie in roten Riesen. Es wird dann zum Beispiel möglich sein ein hochentwickeltes Diagnose-Verfahren mit einer bis dahin unerreichten Genauigkeit für die Altersbestimmung und chemische Zusammensetzung von Sternen zu erstellen. Nur durch eine korrekte Beschreibung der Lebenszyklen von Sternen werden wir in der Lage sein wichtige Fragen wie z.B. die Häufigkeit von Supernova Vorgänger und dadurch die Entwicklung von Galaxien und des Universums selbst, behandeln zu können. Zusätzlich zu den hoch-qualitativen Schwingungsdaten in anderen Sternen werden die beiden Weltraumprojekte CoRoT und Kepler auch nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems suchen. Das vorgeschlagene Forschungsprogramm wird wesentlich dazu beitragen, wichtige Eigenschaften auch von jenen Sternen zu bestimmen die Planeten beherbergen, und dadurch Informationen liefern ob auf diesen Planeten Leben möglich sein kann.

Das Forschungsprogramm behandelte ungelöste Probleme der stellaren Astrophysik unter Verwendung von helio- und asteroseismologischen Methoden sowie Daten vom NASA Satelliten Kepler und von erd-gebundenen Beobachtungskampagnen. Daten von Schallwellen, die sich durch den ganzen Stern ausbreiten, wurden mit seismischen Diagnose-Verfahren analysiert, die jenen Methoden ähnlich sind, die Geophysiker zur Bestimmung des inneren Zustands der Erde benützen. Es wurden neue seismische Diagnose-Verfahren für hochgenaue Messungen von Sterneigenschaften entwickelt, vor allem für die genaue Tiefen-Bestimmung der äußeren Konvektionszone, die Altersbestimmung und die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung in der Sonne und in sonnenähnlichen Sternen. Eines der Hauptergebnisse dieser Forschung war eine genaue seismische Bestimmung des Sonnenalters, das wir mit Hilfe unseres neuen Diagnose-Verfahrenes auf 4.60 0.04 Milliarden Jahre ermittelten. Dieser Wert für das Alter der Sonne ist, wenn auch ein wenig höher, jenem Wert ähnlich, der in gängigen Standard-Sonnen-Modellen angenommen wird. Darüber hinaus wurde auch die Massenhäufigkeit der schweren Elemente auf der Sonnenoberfläche ermittelt, die mit einem Wert von 0.0142 0.0005 deutlich kleiner ist als in einem Standard- Sonnen-Modell, aber nur 6% höher ist als jener Wert, der kürzlich von anderen Forschungsgruppen publiziert wurde, die numerische Simulationen von der Sonnenatmosphäre verwendeten. Unsere Ergebnisse sind von großer Bedeutung auch für andere Zweige der Astrophysik. Nur durch eine korrekte Beschreibung der Lebenszyklen von Sternen sind wir in der Lage, wichtige Fragen, wie z.B. die Häufigkeit von Supernova-Vorgängern und dadurch die Entwicklung von Galaxien und des Universums selbst, behandeln zu können. Darüber hinaus wurde in diesem Forschungsprojekt ein stellares Konvektionsmodell erweitert. Dieses erweiterte Modell beschreibt die physikalischen Eigenschaften unter den Bedingungen einer vorhandenen Hintergrund- Strömung. Die prinzipielle Motivation für die Erstellung eines solchen Konvektionsmodells ist dessen Anwendung für nicht-radiale Schwingungen in Sternen mit turbulenten Konvektionszonen. Das wichtigste Ergebnis dieses Konvektionsmodells ist, dass die Hintergrund-Strömung den konvektiven Wärmefluss reduziert und eine zum Temperaturgradienten rechtwinkelig liegende (laterale) Wärmefluss-Komponente erzeugt. Es werden auch die diagonalen Komponenten des Reynoldsschen Spannungstensors modifiziert und nicht-diagonale Komponenten generiert. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung für eine verbesserte Beschreibung der Physik von Sternschwingungen. Die Ergebnisse dieses Forschungsprogramms tragen auch wesentlich dazu bei, Eigenschaften auch von jenen Sternen zu bestimmen, die Planeten beherbergen, und dadurch Informationen zu liefern, ob auf diesen Planeten Leben möglich sein kann.