Nature-Artikel: Wie Sterne ihr Alter verraten

5. Januar 2015. Eine jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichte Studie stellt eine Methode vor, mit der das Alter von Sternen sehr präzise bestimmt werden kann: die „Gyrochronology“, eine analytische Vorgehensweise zur Bestimmung des Alters von Sternen bei Kenntnis ihrer Massen und Rotationsperioden. Das Wort „Gyrochronology“ ist eine Wortschöpfung des AIP-Wissenschaftlers und Koautors der Studie Sydney Barnes.

Durch die Beobachtung und Vermessung von 30 sonnenähnlichen kühlen Sternen in dem 2,5 Milliarden Jahre alten Haufen NGC 6819 konnte das internationale Forscherteam um Søren Meibom vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics diese Methode nun auf einen größeren Altersbereich von Sternen ausweiten und damit die Genauigkeit der Altersbestimmung deutlich verbessern.

„Die Beziehung zwischen Masse, Rotationsgeschwindigkeit und Alter der beobachteten Sterne ist jetzt so gut definiert, dass wir über die ersten beiden Parameter die dritte Größe, das Sternalter, mit nur 10 Prozent Unsicherheit bestimmen können“, erläutert Barnes.

Die Rotationsgeschwindigkeit eines Sterns nimmt im Laufe der Zeit ab. Gleichzeitig hängt sie mit der Masse des Sterns zusammen: schwere Sterne drehen sich in der Regel schneller als kleine, leichte. Während dieses grundlegende Verhalten Astronomen bekannt war, fehlte lange eine Präzisierung der Parameterabhängigkeiten.

Die jetzt veröffentlichte Studie stellt eine enge physikalische Beziehung zwischen Masse, Rotationsgeschwindigkeit und Alter der kühlen Sterne fest, so dass aus Kenntnis zweier Parameter der dritte berechnet werden kann. Die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeiten erfolgte dabei durch die Beobachtung von Helligkeitsveränderungen verursacht durch Sternflecken auf der Oberfläche der beobachteten Sterne. Ein typischer Stern verändert seine Helligkeit dabei um weniger als 1 Prozent. Möglich wurden diese genaue Beobachtungen durch die Nutzung des Kepler-Teleskops der NASA.

Eine möglichst genaue Bestimmung des Alters von Sternen ist wichtig, um aus Beobachtungen ableiten zu können, wie astronomische Phänomene sich über die Zeit entwickeln. Auch bei der Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems kann die Kenntnis von Sternaltern äußerst hilfreich sein. So hat die Entwicklung der Komplexität von Leben auf der Erde sehr lange gedauert. Sterne mit ähnlichem Alter wie die Sonne, die von Planeten umgeben sind, gelten daher als besonders aussichtsreiche Studienobjekte.

Bild: An artist's impression of a "cosmic clock" illustrating how astronomers have used stellar rotation to measure the ages of stars in a 2.5-billion-year-old star cluster. Their results, the latest success of gyrochronology, mark the first extension of such observations to stars with ages beyond 1 billion years, and toward the 4.6-billion-year age of the Sun. Being able to tell the ages of stars is the basis for understanding how astronomical phenomena involving stars and their companions unfold over time. (Credit: Michael Bachofner)