Wenn Sterne verschmelzen
Heidelberger Astrophysiker simulieren Grundlagen für Entstehung der stärksten Magneten im All
„Magnetare besitzen vermutlich die stärksten Magnetfelder im gesamten Universum.“ Friedrich Röpke vom Heidelberger Institut für Theoretische Studie zu den Überbleibseln von Supernovaexplosionen
HEIDELBERG (AFP) - Astrophysiker haben womöglich eine Antwort auf die Frage nach der Entstehung der stärksten Magnete des Universums gefunden. Ein deutsch-britisches Forscherteam konnte mit umfangreichen Computersimulationen die Bildung starker Magnetfelder bei der Verschmelzung von zwei Sternen nachvollziehen, wie die Universität Heidelberg am Mittwoch mitteilte.
Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Erkenntnisse nun in der Fachzeitschrift „Nature“. An den Forschungsarbeiten waren Wissenschaftler der Universität Heidelberg, der Max-Planck-Gesellschaft, des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien und der University of Oxford beteiligt. Mit ihren Simulationen gingen sie der Frage nach, warum manche Neutronensterne als Überbleibsel von Supernovaexplosionen zu den stärksten Magneten im Universum werden – sogenannten Magnetaren.
Das Universum ist von Magnetfeldern durchzogen. So hat beispielsweise unsere Sonne eine Hülle, in der konvektive Ströme ununterbrochen magnetische Felder erzeugen. „Obwohl massereiche Sterne keine solche Hülle besitzen, beobachten wir trotzdem bei rund zehn Prozent von ihnen an der Oberfläche ein starkes, großskaliges Magnetfeld“, erläuterte Fabian Schneider vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg und Erstautor der „Nature“Veröffentlichung.
Derartige Felder wurden den Angaben zufolge bereits 1947 entdeckt, ohne dass ihr Ursprung bislang vollständig geklärt werden konnte. Schon vor über einem Jahrzehnt vermuteten Wissenschaftler demnach, dass starke Magnetfelder bei der Verschmelzung von zwei Sternen erzeugt werden.
„Bis jetzt waren wir jedoch nicht in der Lage, diese Hypothese zu testen, weil es uns an den dafür nötigen Computertools fehlte“, erklärte Sebastian Ohlmann vom Rechenzentrum der Max-Planck-Gesellschaft in Garching bei München. Nun nutzten die Forscher den sogenannten Arepo-Code, einen hochdynamischen Simulationscode auf den Computerclustern des Heidelberger Instituts für Theoretische Studien (HITS), um die Eigenschaften des Sterns Tau Scorpii zu erklären.
Dabei handelt es sich um einen magnetischen Stern, der sich 500 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Skorpion befindet. Bereits 2016 fanden Schneider und Philipp Podsiadlowski von der Universität Oxford heraus, dass es sich bei Tau Scorpii um einen sogenannten Blauen Nachzügler handelt. Diese Blue Stragglers sind das Ergebnis verschmolzener Sterne.
„Wir gehen davon aus, dass Tau Scorpii sein starkes Magnetfeld beim Verschmelzungsprozess erhalten hat“, erklärte Podsiadlowski. Mit seinen Computersimulationen zu Tau Scorpii zeigte das deutsch-britische Forscherteam nun, dass sich ein solches Feld durch starke Turbulenzen bei der Verschmelzung zweier Sterne bilden kann.
Einhundert Millionen Mal stärker als das stärkste Magnetfeld
Sternverschmelzungen kommen nach Angaben der Heidelberger Universität sogar relativ häufig vor: Wissenschaftler nehmen an, dass ungefähr zehn Prozent aller massereichen Sterne in der Milchstraße das Produkt eines solchen Prozesses sind. Diese Erkenntnis wiederum würde sehr gut zu der Häufigkeit passen, mit der magnetische massereiche Sterne beobachtet werden, wie Schneider betonte.
Astronomen gehen davon aus, dass genau diese Sterne bei Explosionen in Supernovae Magnetare bilden könnten. Dies dürfte auch bei Tau Scorpii passieren, wenn der magnetische Stern am Ende seines Lebens explodiert.
Die Computersimulationen lassen vermuten, dass das sich dabei bildende Magnetfeld ausreichend wäre, um die außergewöhnlich starken magnetischen Felder von Magnetaren zu erklären. „Magnetare besitzen vermutlich die stärksten Magnetfelder im gesamten Universum – bis zu einhundert Millionen Mal stärker als das stärkste Magnetfeld, das jemals von Menschen erzeugt wurde“, erläuterte Friedrich Röpke vom HITS.