Spuren von magnetischer Aktivität in Breitbandbeobachtungen von Sternen verstehen

• Antragsteller: Dr. Alexander Shapiro, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520307354

Kühle Sterne mit äußeren Konvektionszonen zeigen verschiedene Aktivitätserscheinungen: chromosphärische Emission und Röntgenstrahlung, Flares, sowie Veränderungen der Spektren und der Helligkeit.All diese Phänomene werden im Wesentlichen durch das Magnetfeld hervorgerufen, welches aus dem Sterninneren an die Sternoberfläche tritt und die Struktur der Sternatmosphäre verändert. Das Interesse an stellaren Aktivitäterscheinungen ist nicht etwa begrenzt auf die stellare und solare Astrophysik. Stellare Helligkeitsveränderungen sind beispielsweise ein limitierender Faktor bei der Detektion und Charakerisierung von Exoplaneten mittels Transit-Photometrie, und die quantitative Einordnung dieser Schwankungen ist essentiell für die aufkommende PLATO Mission. Magnetische Schwankungen der Radialgeschwindigkeit erschweren die spektroskopische Detektion von Exoplaneten und das Flackern der Sternhelligkeit behindert die astrometrische Entdeckung von Exoplaneten (beispielsweise mit Hilfe des Gaia Weltraumteleksops oder der geplanten TOLIMAN Mission). Neueste Studien haben auch gezeigt, dass die magnetische Aktivität die Charakerisierung der chemischen Zusammensetzung von Exoplaneten-Atmosphären mittles Transmissions-Spektroskopie stören kann. Die Quantifizierung des stellaren Kontamination der Transmissions-Spektroskopie ist von höchster Bedeutung für die Interpretation der Daten des James Webb Weltraumteleksops. In diesem Zusammenhang ist das wesentliche Ziel von MAGicSTar die Modellierung von stellarer magnetischer Aktivität in Breitband-Beobachtungen von Sternen, im Detail a) Transit Photometrie, b) Breitband Transit Spektroskopie und c) Astrometrie. Noch bis vor Kurzem bestand die größte Hürde in der Modellierung von aktiven Regionen im Fehlen von verlässlichen Informationen über deren Helligkeitskontraste im Vergleich zur magnetisch inaktiven Umgebung. Diese Situation hat sich nun geändert durch den Fortschritt in dreidimensionalen magneto-hydrodynamischen Simulationen des Strahlungstransports. Insbesondere Simulationen mit dem MURaM Code, welcher hier im Haus entwickelt wurde, haben einen hohen Grad an Echtheit erreicht, sodass sich Sonnenbeobachtungen in großem Detail nachbilden lassen. Der große Erfolg der MURaM Simulationen führte dazu, dass dieser Code durch die Bewerberin und deren Hausinstitut auf aktive Regionen von Sternen mit anderen Effektivtemperaturen und Metallizitäten erweitert werden konnte. Diese Simulationen liefern neueste Erkenntnisse, um mit MAGicSTar substanziellen Fortschritt in der Modellierung von magnetisch aktiven Regionen zu erzielen. In einem ersten Schritt werden diese Informationen für die Modellierung von stellaren Helligkeitschwankungen benutzt, welche in großem Maßstab von Transit-Photometrie Missionen wie Kepler und TESS aufgezeichnet wurden. Im nächsten Schritt wird das Modell der Helligkeitschwankungen erweitert auf intrinsische stellare Signale in Transmissionsspektren und astrometrischen Messungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien, Frankreich
• Mitverantwortliche: Dr. Robert Cameron; Professor Dr. Stefan Dreizler; Professor Dr. Laurent Gizon
• Kooperationspartner: Professor Dr. Allan Sacha Brun; Dr. Ben Montet