Starke Winde supermagnetischer Sterne könnten die Lebenschancen auf ihren Exoplaneten zerstören

Einige Sterne haben Sternwinde mit Geschwindigkeiten von bis zu 5 Millionen Meilen pro Stunde, sodass selbst ihre Planeten in der „habitablen Zone“ als nicht so lebensfreundlich gelten.

Kühle Sterne mit starken Magnetfeldern könnten so heftige Sternwinde haben, dass sie die Atmosphäre umlaufender Planeten zerstören und diese Welten unfähig machen, Leben zu beherbergen.

Dieser Befund war das Ergebnis von Simulationen unter der Leitung von Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und könnte sich als entscheidend für die Suche nach extrasolaren Planeten oder Exoplaneten erweisen, die anderswo im Universum Leben ermöglichen können.

Die Forscher fanden heraus, dass bestimmte geladene Teilchen, aus denen die Sternwinde stark magnetischer kühler Sterne bestehen, Geschwindigkeiten erreichen können, die bis zu fünfmal höher sind als die durchschnittliche Geschwindigkeit des Sonnenwinds unserer Sonne, der etwa 1,6 Millionen Kilometer pro Stunde beträgt ). Das bedeutet, dass Exoplaneten, die diese Sterne umgeben, von Strömen geladener Teilchen getroffen werden könnten, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 8 Millionen Kilometern pro Stunde bewegen.

Zum Vergleich: Das entspricht etwa der 6.000-fachen Geschwindigkeit einer aus einer Handfeuerwaffe abgefeuerten Kugel und reicht aus, um die Lebensbedingungen auf allen Planeten zu zerstören, die diese Sterne umkreisen, einschließlich Welten, die in sogenannten bewohnbaren Zonen liegen. Das ist ziemlich bemerkenswert, da bewohnbare Zonen als Regionen definiert sind, in denen die Temperatur genau richtig ist, um flüssiges Wasser zu beherbergen und somit möglicherweise das Leben, wie wir es kennen, zu ermöglichen.

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Zu den „coolen Sternen“, wie das Team sie betrachtet, gehören Sternkörper, die in vier Kategorien unterteilt sind: Sterne vom Typ F, G-Typ, K-Typ und M-Typ. Diese Kategorien sind abhängig von Größe, Temperatur und Helligkeit.

Die Sonne ist ein durchschnittlicher Stern und ein Beispiel für einen G-Typ-Stern, der größer und heller ist als Sterne der F-Typ-Kategorie. Sterne, die kleiner und kühler als die Sonne sind, fallen in die Kategorie M und werden auch als „Rote Zwerge“ bezeichnet. Diese schwachen Sternkörper sind die häufigsten Sterne der Milchstraße, aber aufgrund ihrer geringen Lichtausbeute kann es schwierig sein, sie zu erkennen.

Zusätzlich zum Licht erzeugen Sterne Sternwinde. Diese aus geladenen Teilchen bestehenden Winde interagieren unweigerlich mit umlaufenden Planeten.

Ein Beispiel für eine solche Wechselwirkung sind die Polarlichter, die über dem Nord- und Südpol der Erde entstehen. Wenn Sonnenwinde auf die magnetische Blase unseres Planeten – die Magnetosphäre – treffen, treten mehrere Prozesse auf, die zu leuchtend grünen Mustern am Himmel führen. Aber das Ergebnis stellarer Windpossen ist, wie es scheint, nicht immer so schön.

Während der Sonnenwind der Sonne relativ einfach zu untersuchen ist und die Menschheit in der Lage ist, Raumschiffe wie den Solar Orbiter um unseren Stern herum zu platzieren, um die von ihm ausströmenden geladenen Teilchen zu untersuchen, ist es nahezu unmöglich, Sternwinde, die von weiter entfernten Sternen ausgehen, direkt zu beobachten.

Obwohl Astronomen den Einfluss dieser Sternwinde auf das dünne und dünne Gas zwischen den Sternen in der Milchstraße untersuchen können, um einige Informationen abzuleiten, kann diese Methode nur auf einige wenige Sterne angewendet werden.

Aus diesem Grund greifen Wissenschaftler auf numerische Simulationen und Computermodelle zurück, um Sternwinde besser zu verstehen, ohne dass eine direkte Beobachtung erforderlich ist, wie beispielsweise bei der jüngsten Studie.

In Zusammenarbeit mit den Supercomputing-Einrichtungen des AIP und des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) entwickelte das Studienteam ein ausgeklügeltes Modell, das auf den Eigenschaften von 21 gut beobachteten Sternen basiert. Dies war die erste systematische Untersuchung der Sternwinde, die mit jeder der oben genannten Sternkategorien verbunden sind.

Mit diesem Modell konnten die Wissenschaftler beurteilen, wie sich Eigenschaften wie die Schwerkraft der Sterne, die Magnetfeldstärke und die Rotationsperioden auf ihre Sternwindgeschwindigkeiten auswirken. Es half ihnen auch dabei, die erwartete Größe der Grenze zwischen der Korona eines Sterns – seiner äußeren Atmosphäre – und seinem Sternwind, der sogenannten Alfvén-Oberfläche, vorherzusagen. Dadurch konnte festgestellt werden, ob Planeten, die einen Stern umkreisen, gelegentlich in die Alfvén-Oberfläche eindringen oder vollständig darin eingebettet sind. Letzteres könnte intensive magnetische Wechselwirkungen zwischen einem Planeten und seinem Mutterstern auslösen.

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Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Sterne vom Typ K und M, deren Magnetfelder stärker sind als die der Sonne, schnellere Sternwinde haben als unser Stern. Das bedeutet, dass ihre Planeten in einer raueren Umgebung leben als Planeten im Sonnensystem. Das Team stellte außerdem fest, dass die Bedingungen rund um F- und G-Typen in Bezug auf Sternwinde milder sind als um M-Typen wie unsere Sonne.

Da Sternwinde einer der Mechanismen sind, durch die Sterne im Laufe der Zeit Material verlieren, könnte die neue Forschung des Teams auch ein Umdenken über den Massenverlustprozess auslösen.

Und obwohl diese Arbeit nur 21 Sterne umfasste, könnten die Ergebnisse allgemein genug sein, um sie auf andere coole Sterne anzuwenden. Dies bedeutet, dass die Forschung den Weg für weitere Sternwindstudien ebnet und unser Verständnis der Bewohnbarkeit der Milchstraße vertieft.

Die Forschungsergebnisse des Teams werden in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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