Sterrenvlekken komen vaker voor bij rode reuzensterren dan eerder werd gedacht. In het journaal Astronomie en astrofysica , onderzoekers onder leiding van het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Duitsland melden dat ongeveer acht procent van de rode reuzen dergelijke vlekken vertoont. Ze zijn de uitdrukking van sterke magnetische velden aan het stellaire oppervlak. Deze magnetische velden worden diep in de ster gecreëerd in een proces dat vereist, onder andere, convectie en een snelle rotatie van de ster. Hoewel rode reuzen over het algemeen worden beschouwd als langzaam roterende sterren, die met sterrenvlekken zijn blijkbaar een uitzondering. De nieuwe publicatie biedt een uitgebreide analyse van de redenen voor hun korte rotatieperiodes, variërend van gedwongen synchronisatie met een andere, nauw naburige ster, tot het inslikken van een ster of planeet, tot een hoge initiële rotatiesnelheid in een vroege ontwikkelingsfase.

Een van de meest opvallende kenmerken van de zon zijn de zonnevlekken, relatief donkere gebieden in vergelijking met de rest van het oppervlak, waarvan sommige zelfs zonder vergroting vanaf de aarde zichtbaar zijn. Talloze andere sterren, die net als de zon in de bloei van hun leven zijn, zijn ook bedekt met vlekken. In rode reuzen, anderzijds, die zich in een vergevorderd stadium van stellaire evolutie bevinden, dergelijke plekken werden voorheen als zeldzaam beschouwd. De reden voor dit verschil kan diep in het binnenste van sterren worden gevonden. In een dynamoproces het samenspel van elektrisch geleidende plasmastromen en rotatie genereert een magnetisch veld van een ster dat vervolgens wordt aangespoeld naar het oppervlak. In sommige plaatsen, bijzonder sterke magnetische velden voorkomen dat heet plasma naar boven stroomt. Deze gebieden lijken donker en vormen sterrenvlekken.

"Rotatie en convectie zijn beide cruciale ingrediënten voor de vorming van magnetische velden en sterrenvlekken, " legt Dr. Federico Spada van MPS uit, co-auteur van de nieuwe studie. "Sterren met buitenste convectieve lagen hebben het potentieel om magnetische velden aan het oppervlak te genereren via dynamo-actie, maar alleen als de ster snel genoeg draait, wordt de magnetische activiteit detecteerbaar, " voegt hij eraan toe. Tot nu toe, onderzoekers hadden aangenomen dat bijna alle rode reuzen vrij langzaam rond hun eigen as draaien. Ten slotte, sterren breiden dramatisch uit wanneer ze zich tegen het einde van hun leven tot rode reuzen ontwikkelen. Als gevolg hiervan vertraagt ​​hun rotatie, als een kunstschaatsster die een pirouette maakt met gestrekte armen. De nieuwe studie onder leiding van wetenschappers van MPS en de New Mexico State University (VS) schetst nu een ander beeld. Ongeveer acht procent van de waargenomen rode reuzen roteert snel genoeg om stervlekken te vormen.

Het onderzoeksteam doorzocht de meetgegevens van ongeveer 4500 rode reuzen die van 2009 tot 2013 door NASA's Kepler-ruimtetelescoop zijn geregistreerd op sporen van vlekken. Dergelijke plekken verminderen de hoeveelheid licht die een ster de ruimte in straalt. Aangezien ze gewoonlijk slechts in geringe mate veranderen in de loop van enkele maanden, ze draaien geleidelijk uit het gezichtsveld van de telescoop - en verschijnen dan na enige tijd weer. Dit levert typische, regelmatig terugkerende helderheidsschommelingen.

In een tweede stap, de wetenschappers onderzochten de vraag waarom de gevlekte reuzen zo snel roteren. Hoe komen ze aan de nodige energie? "Om deze vraag te beantwoorden, we moesten zoveel mogelijk eigenschappen van de sterren bepalen en dan een totaalbeeld samenstellen, " zegt Dr. Patrick Gaulme, hoofdauteur van de publicatie. In het Apache Point Observatory in New Mexico (VS), bijvoorbeeld, de onderzoekers bestudeerden hoe de golflengten van het sterrenlicht van sommige sterren in de loop van de tijd veranderen. Dit maakt het mogelijk conclusies te trekken over hun exacte beweging. Het team keek ook naar snelle schommelingen in helderheid, die worden gesuperponeerd op de langzamere veroorzaakt door sterrenvlekken. De snellere fluctuaties zijn de uitdrukking van drukgolven die zich door het binnenste van een ster naar het oppervlak voortplanten. Ze bevatten informatie over veel interne eigenschappen, zoals de massa en leeftijd van de ster.

Uit de analyse bleek dat ongeveer 15 procent van de gevlekte reuzen tot nabije dubbelstersystemen behoort, meestal samengesteld uit een rode reus met een kleine en minder massieve metgezel. "In dergelijke systemen de rotatiesnelheden van beide sterren synchroniseren in de loop van de tijd totdat ze als een paar kunstschaatsers eenstemmig roteren, ", zegt Gaulme. De langzamere rode reus krijgt dus vaart en draait sneller dan zonder een begeleidende ster.

De andere rode reuzen met sterrenvlekken, ongeveer 85 procent, staan ​​op zichzelf - en toch draaien ze snel. Degenen met een massa die ongeveer gelijk is aan die van de zon, zijn waarschijnlijk in de loop van hun evolutie versmolten met een andere ster of planeet en wonnen zo aan snelheid. De wat zwaardere, waarvan de massa twee tot drie keer zo groot is als die van de zon, terugkijken op een andere ontwikkeling. In de hoogtijdagen van hun leven voordat ze rode reuzen werden, hun interne structuur verhinderde het ontstaan ​​van een globaal magnetisch veld dat geleidelijk deeltjes van de ster wegvoert. In tegenstelling tot hun magnetische tegenhangers, die daarom in de loop van de tijd steeds langzamer roteren, hun rotatie is waarschijnlijk nooit significant vertraagd. Zelfs als rode reuzen, ze draaien nog steeds bijna net zo snel als in hun jeugd.

"In totaal, achter het gemeenschappelijke waarnemingskenmerk dat sommige rode reuzen vlekken hebben, we vinden drie groepen snel roterende sterren, die elk een heel andere verklaring hebben. Het is dus geen wonder dat het fenomeen meer wijdverbreid is dan we eerder dachten, ’ zegt Gaulme.

Studies zoals het huidige onderzoek werpen licht, onder andere, over de evolutie van rotatie en magnetische activiteit in sterren, en hun complexe samenspel, inclusief de impact op de bewoonbaarheid van de planetenstelsels die ze mogelijk herbergen. Dit zijn enkele van de belangrijkste doelstellingen van ESA's PLATO-missie, waarvan de lancering eind 2026 wordt verwacht. "We kijken uit naar de PLATO-missie in de ruimte; met zijn unieke langdurige observaties zullen we de studie kunnen uitbreiden naar andere regio's van de Melkweg, ’ besluit Spada.