Mørke pletter på Solens overflade kommer og går med 11 års intervaller, som vi kalder Solens cyklus. Solens cyklus bliver drevet af Solens dynamo, der opstår gennem et sammenspil mellem Solens magnetfelt, konvektion og rotation. Vores forståelse af fysikken bag Solens dynamo er dog stadig meget mangelfuld.

Et eksempel på et hul i vores forståelse er det såkaldte Maunder Minimum, en periode i det 17. århundrede, hvor næsten alle pletterne forsvandt fra Solens overflade. Denne begivenhed er svær at forklare med de nuværende modeller for Solens dynamo.

En Rosettesten for dynamoer

Men nu har et stort internationalt hold, ledet af Christoffer Karoff fra Aarhus Universitet, fundet en stjerne, der kan hjælpe med at kaste nyt lys over fysikken bag Solens dynamo.

HD 173701, som stjernen kaldes, ligger i stjernebilledet Svanen 120 lysår herfra, og på overfladen ligner den fuldstændig Solen: De har samme masse, radius og alder.

Under overfladen er deres kemiske sammensætning til gengæld meget forskellig. HD 173701 indeholder over dobbelt så mange tunge grundstoffer – altså tungere end brint og helium – som Solen. 

Forskerne har kombineret observationer fra Kepler-rumsonden med jordbaserede observationer helt tilbage fra 1978, og det har gjort dem i stand til at rekonstruere en cyklus med en periode på 7,4 år i HD 173701.

”Den unikke kombination af en stjerne, der er stort set identisk med Solen – bortset fra den kemiske sammensætning – og som har en cyklus, der er observeret både med Kepler-rumsonden og fra Jorden, gør denne stjerne til en Rosettesten for vores forståelse af dynamoer i Sol-lignende stjerner,” forklarer Christoffer Karoff. 

Tunge grundstoffer gør en stjerne mere variabel

Ved at kombinere fotometriske, spektroskopiske og asteroseismiske observationer er det lykkedes forskerne at indsamle det hidtil mest detaljerede sæt af observationer for en stjerne-cyklus i en anden stjerne end Solen. Observationerne viser, at udsvinget i stjernens magnetfelts cyklus er mere end dobbelt så stort som det er i Solen – og endnu større, hvis man ser på lysstyrken alene.  

På denne baggrund kunne forskerne konkludere, at en forøgelse af mængden af tunge grundstoffer fører til en stærkere cyklus. Ved at kombinere modeller for den fysik, der foregår dybt inde i stjernen, med modeller for de processer, der foregår på stjernens overflade og i dens atmosfære, var forskerne også i stand til at forklare denne sammenhæng. Faktisk skyldes sammenhængen to forskellige fysiske fænomener, der er på spil på samme tid: 

• For det første gør den forøgede mængde tunge grundstoffer stjernen mere uigennemsigtig, hvilket ændrer metoden for energitransport dybt inde i stjernen fra stråling til konvektion. Dette gør dynamoen mere effektiv, hvilket både forøger udsvinget (amplituden) i den magnetiske cyklus og den differentielle rotation. Forskerne har endda kunnet måle denne effekt. 
• For det andet påvirker den forøgede mængde tunge grundstoffer de fysiske processer, der foregår på overfladen og i atmosfæren af stjernen. Specielt påvirkes kontrasten mellem de mørke solpletter og diffuse lyse områder, også kendt som faculae, der optræder i sammenhæng med solpletterne, hvilket fører til, at stjernen oplever store cykliske variationer i dens lysstyrke.

Bedre forståelse af Solen påvirkning af vores klima

Studiet kan hjælpe os med at forstå, hvordan og hvor meget Solens lysstyrke har ændre sig over tid – og herigennem påvirket vores klima. Her tiltrækker den førnævnte Maunder Minimum periode, der faldt sammen med en ualmindelig kold periode i Nordeuropa, sig specielt stor opmærksomhed. De nye målinger kan nemlig hjælpe til med at forbedre de modeller, vi bruger til at bestemme Solens lysstyrke tilbage i tiden, hvilket er nødvendigt for at forstå, hvordan sådanne ændringer i Solens aktivitet påvirker Jordens klima.

Forskerholdet har netop publiceret studiet The influence of metallicity on stellar differential rotation and magnetic activity i det videnskabelige tidsskrift The Astrophysical Journal.

For yderligere oplysninger kontakt 

Lektor Christoffer Karoff,
Institut for Fysik og Astronomi
Aarhus Universitet

Mobil: 2118 3926
Mail: karoff@phys.au.dk