High Precision Astrophysics: Magnetic Activity from Stars to Planets
Final Report Abstract
Der wissenschaftliche Erfolg der Emmy-Noether Gruppe liegt im wesentlichen im Bereich hochauflösender Spektroskopie kühler Sterne und Brauner Zwerge. Durch neue Beobachtungs- und Analysestrategien ist es uns gelungen, Magnetfelder in sehr massearmen Sternen zu messen, und diese Felder zusammen mit den für ihre Erzeugung relevanten Parametern Rotation und chromosphärische Aktivität zu untersuchen. Dabei haben wir unterschiedliche Aspekte der Magnetfelderzeugung systematisch untersucht und wesentliche Ergebnisse liefern können: Zunachst ist festzuhalten, dass starke Magnetfelder in voll konvektiven Sternen überhaupt existieren. Dies war nicht ohne weiteres zu erwarten, da in der Sonne beispielsweise die Existenz eines nicht-konvektiven Kerns ein wichtiges Element der Magnetfelderzeugung zu sein scheint. Dieser Kern ist in sehr kühlen Sternen nicht mehr vorhanden, so dass zunachst ein Verschwinden starker Magnetfelder in diesen Sternen vermutet wurde. In unseren Arbeiten konnten wir den Bereich von Sternen mit nachgewiesenen starken Feldern so weit verschieben, dass kein Zweifel mehr an der Existenz der Felder in voll konvektiven Sternen bestehen kann, selbst wenn die Grenze zwischen sonnenähnlichen und voll konvektiven Sternen nicht exakt festgelegt ist. Die Magnetfeldmessungen in diesen Sternen erlaubten eine weitergehende Untersuchung der physikalischen Prozesse, die unser Verständnis der Physik der Magnetfelderzeugung in Sternen entscheidend vorangebracht haben. Wesentliche Ergebnisse sind, dass bei schneller Rotation der Dynamomechanismus selbst in einen Sättigungsbereich läuft; dass voll konvektive Sterne und Braune Zwerge deutlich weniger stark in ihrer Rotation gebremst werden, und dass dafür zwei verschiedene Mechanismen verantwortlich zu sein scheinen; dass der in sonnenähnlichen und frühen M-Sternen bekannte Zusammenhang zwischen Rotation und Magnetfelderzeugung in sehr kühlen Sternen verschwindet; das die vorhandenen Magnetfelder um ein vielfaches stärker sind als die Felder, die mit einer alternativen Methode der Magnetfeldmessung bestimmt werden; dass sehr junge und akkretierende Braune Zwerge überraschend schwache Magnetfelder haben; dass die Felder in voll konvektiven Sternen erklärt werden können durch ein Skalierungsgesetz, das aus der planetaren Dynamotheorie abgeleitet wurde. Das letztgenannte Ergebnis wurde in der fachübergreifenden Zeitschrift nature veröffentlicht und erlangte grosse Medienwirksamkeit. Ein weiterer wesentlicher Bereich der Arbeiten umfasst die theoretische Beschreibung von Molekülspektren und ihrer magnetischen Sensitivität. Insgesamt arbeiten drei Mitarbeiter unserer Gruppe an der theoretischen Beschreibung der Atmosphären und Spektren kühler Sterne. Diese Arbeiten, die als erste auch in den Beobachtungen in bisher wenig untersuchte Spektralbereiche vordringen, legen die Grundlage für Vorbereitungen grossangelegter Projekte zur Suche nach Planeten um sehr kühle Sterne. Die wissenschaftlichen Leistungen wurden von der Astronomischen Gesellschaft im Jahr 2007 mit dem Ludwig-Biermann Preis, und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Jahr 2010 mit dem Heinz Maier-Leibnitz-Preis ausgezeichnet.
