Diese Art Funkeln wird durch Strömungen im Inneren von massereichen Sternen verursacht. Dort entsteht durch die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium extreme Hitze, die gemeinsam mit Plasma nach außen strömt. Dort angekommen kühlt das Plasma ab und sinkt wieder Richtung Zentrum. Diese Strömungen lösen Wellen aus, die bis an die Oberfläche des Sterns wandern und dort das Plasma schubweise verdichten. Diese Schübe haben zur Folge, dass das abgegebene Licht mal ein bisschen stärker, mal ein bisschen schwächer ist – so funkelt der Stern quasi aus eigener Kraft.
3-D-Modell, um Wellen zu deuten
Einen Anhaltspunkt, wie diese Helligkeitsschwankungen zu interpretieren sind, liefert die neue Studie, die in der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ erschienen ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Northwestern University haben dazu nach Eigenangaben erstmalig ein 3-D-Modell entwickelt, das die Wellen aus dem Inneren des Sterns simuliert. „Das Modell erlaubt uns festzustellen, wie stark Sterne aufgrund dieser Wellen funkeln sollten. Künftige Weltraumteleskope könnten damit ihr Inneres genauer untersuchen – dort wo die Elemente geschmiedet werden, die wir zum Leben und Atmen brauchen“, so Hauptautor Evan Anders von der Northwestern University.
Konvektionsströme im Inneren eines Sterns
3-D-Simulation: Konvektionsströmungen im Inneren des Sterns verursachen Plasmawellen, die an die Oberfläche kommen.
„Wir werden die Signatur des Kerns sehen können“, ergänzt Koautor Matteo Cantiello vom Center for Computational Astrophysics in New York. Durch Rückschlüsse auf die chemische Zusammensetzung des Kerns erwarten sich die Fachleute Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Galaxien sowie über die Bildung von schweren Elementen wie Sauerstoff, der für höhere Lebewesen notwendig ist.
Der Klang der Sterne
Im Zuge des Forschungsprojekts simulierten die Astronominnen und Astronomen auch, wie sich das Funkeln der Sterne anhören würde, wenn es sich dabei um Schallwellen handeln würde. „Die Wellen werden im Inneren des Sterns reflektiert, ähnlich wie Musik in einer Konzerthalle“, heißt es in einer Aussendung. Weil die wirklichen Frequenzen weit außerhalb des für den Menschen hörbaren Bereichs liegen, wurden diese gleichmäßig erhöht. Die Resultate erinnern – je nach Größe des Sterns – an eine schleudernde Waschmaschine oder einen Presslufthammer. Die simulierten Sterne in den folgenden Tonbeispielen sind dreimal bzw. 40-mal so groß wie unsere Sonne.
„Wir waren auch neugierig, wie sich ein ganzes Lied anhört, wenn es sich in einem Stern ausbreitet“, so Anders. Um zu verdeutlichen, wie die Wellen in seinem Inneren hin und her geworfen werden, haben die Fachleute passenderweise das Kinderlied „Twinkle Twinkle Little Star“ herangezogen. Über das Lied legten sie einen Filter, der die akustischen Eigenschaften eines Sterns imitiert. Das Ergebnis kann im folgenden Video angehört werden.
„Twinkle, Twinkle, Little Star“ gespielt durch drei verschieden große Sterne
Mysteriöses „Rotes Rauschen“
Die Simulationen des Teams tragen außerdem dazu bei, eine andere Frage der Astronomie zu beantworten: Ein bisher unerklärliches Funkeln liegt im Frequenzbereich des „Roten Rauschens“. Bisher wurde angenommen, dass die Konvektionsströmungen im Kern dieses Rauschen verursachen könnten, doch die aktuelle Studie widerlegt das. Die Frequenzen des „Roten Rauschens“ passen nämlich nicht zu denen, die sich durch die modellierten Strömungen ergeben. „Konvektion könnte trotzdem für das ‚Rote Rauschen‘ verantwortlich sein, aber das müsste sich dann um Strömungen näher an der Oberfläche handeln“, so Cantiello.
Seit mehr als zehn Jahren ist bekannt, dass nicht nur oberflächliche Wellen zur Analyse von Sternen genutzt werden können, sondern auch Signale aus dem Kern der Himmelskörper. Die neue Forschung ist ein Schritt in die Richtung, solche Signale sinnvoll lesen zu können.