Instabilität und Chaos: der „Luminosity Bump“ bei massearmen Sternen

Kurz vor ihrem Lebensende kommt es bei massearmen Sternen zu einem Rückgang ihrer Leuchtkraft, der in der Fachsprache auch als „Luminosity Bump“ bezeichnet wird. Während der Endpunkt dieses Rückgangs bereits gut erforscht ist, wusste man bisher wenig über seinen Beginn. Saskia Hekker, Leiterin der Forschungsgruppe „Theory and Observations of Stars“ am Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS), kommt nun in einem Artikel in den „Astrophysical Journal Letters“ zu dem Schluss, dass Entropie der entscheidende Auslöser für diesen „Bump“ ist.

Bei massearmen Sternen auf dem roten Riesenast tritt ein Phänomen auf, das als „Red-Giant Branch Bump“ bekannt ist und sowohl in der Realität als auch im Sternmodell beobachtet werden kann. Dabei kommt es vorübergehend zu einem Rückgang in der Leuchtkraft des Sterns, obwohl eigentlich ein Anstieg der Luminosität zu erwarten wäre. Diesem rätselhaften Phänomen widmet sich Saskia Hekker in ihrer neuesten Forschungsarbeit. Sie zeigt darin auf, dass die Antwort Entropie sein könnte, das Maß für die Unordnung oder die Verteilung von Energie und Materie im Universum.

Der Luminosity Bump wird in der Regel durch eine Diskontinuität in der chemischen Zusammensetzung eines Sterns ausgelöst, die am unteren Rand der konvektiven Sternhülle, also der äußeren Schicht eines Sterns, entsteht. Im Laufe der Evolution dringt sie in tiefere Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen und Druckverhältnissen vor und verändert dabei die Entropie. Dies führt dazu, dass die Leuchtkraft des Sterns abnimmt, wodurch der Beginn des Bumps definiert wird. „Diese prägnante Erklärung für die Entstehung des Bumps ist die erste quantitative Beschreibung, die dazu bisher vorgelegt wurde“, sagt Hekker.

Was bedeutet das für die Astrophysik?

Hekkers Forschung verfolgt einen vollkommen neuen Ansatz und liefert damit erste Antworten auf eine seit langem bestehende Frage in der Geschichte der Astrophysik. „Diese neuartige Beschreibung des Mechanismus hinter dem Bump liefert uns wichtige Erkenntnisse dazu, wie er als Ankerpunkt in der Theorie der Sternentwicklung verwendet werden kann“, so Hekker.

Publikation:

Dieser Artikel wurde in „The Astrophysical Journal Letters“ unter dem Titel „The role of specific entropy in the onset of the luminosity bump“ (https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae9ff0) veröffentlicht.

Wissenschaftlicher Kontakt:

Prof. dr. ir. Saskia Hekker
Gruppenleiterin Theory and Observations of Stars
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
https://www.h-its.org/de/people/prof-dr-saskia-hekker/

Professorin Astrophysik
Universität Heidelberg

Medienkontakt:

Angela Michel
Head of Communications
Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
+49 (0)6221 533 329
angela.michel@h-its.org