Die Physik der Magnetosphären von klassischen T Tauri Sternen mittels Beobachtungen von heissen Sternflecken

• Antragstellerin: Professorin Dr. Beate Stelzer
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559915914

Klassische T Tauri Sterne (CTTS) sind junge, massearme Sterne, die Material aus einer zirkumstellaren Scheibe akkretieren. Das stellare Magnetfeld schneidet die Scheibe in einem Abstand von wenigen Sternradien ab, und die Materie fällt entlang der Magnetfeldlinien frei auf den Stern. Die Akkretion endet an der Sternoberfläche mit der Bildung eines Schocks, der einen heißen Fleck (Hotspot) erzeugt. Dreidimensionale MHD Simulationen haben gezeigt, dass CTTS entweder in einem stabilen oder in einem instabilen Zustand in Bezug auf die Rayleigh-Taylor-Instabilität akkretieren. Im stabilen Regime erzeugt die Akkretion einen mit der Periode des Sterns rotierenden polaren Hotspot. Im instabilen Regime gibt es mehrere Hotspots, die mit der Keplerschen Geschwindigkeit am inneren Scheibenrand rotieren. Daher führt die instabile Akkretion manchmal zu quasi-periodischen Oszillationen mit kürzeren Perioden als die Sternrotation. Der Hotspot kann sowohl photometrisch als auch spektroskopisch untersucht werden. Photometrische Lichtkurven werden verwendet, um die Rotationsperioden des Hotspots zu bestimmen. Die spektroskopische Analyse basiert auf der Untersuchung der schmalen Komponenten (NCs) der Emissionslinien im optischen Spektrum. Deren Radialgeschwindigkeit unterliegt einer periodischen Modulation deren Amplitude, unter der Annahme eines punktförmigen Hotspots, vom Breitengrad des Spots abhängt. Verschiedene Spektrallinien haben unterschiedliche Amplituden, was zu einer Breitenverteilung auf der Sternoberfläche führt. Neuere Arbeiten zeigen eine Dichotomie: In vielen Systemen ist die Radialgeschwindigkeit der NCs mit einer stabilen Periode moduliert, die mit der Rotationsperiode des Sterns übereinstimmt, während die Lichtkurven oft keinen Hinweis auf diese Periode zeigen. In diesem Projekt werden mittels hochauflösender Multiepochen-Spektroskopie und kontinuierlicher Lichtkurven die Eigenschaften der Hotspots in CTTS untersucht. Der Fokus liegt auf fünf der am besten untersuchten CTTS, nämlich die so genannten „monitoring targets“ des Hubble Space Telescope UV Legacy Library of Young Stars as Essential Standards (ULLYSES) Programms (TW Hya, GM Aur, BP Tau, RU Lup) und EX Lup. Insbesondere werden wir neue Codes implementieren, die die Ausdehnung des Hotspots sowohl für die photometrische als auch die RV-Geschwindigkeitsmodulation berücksichtigen. Wir werden dieses „extended hot spot model“ anhand der beobachteten RV-modulation der Emissionslinien-NCs testen, um zu zeigen, dass die Breitenverteilung der emittierenden Spezies die Signatur einer zwiebelartigen Struktur des Hotspots ist. Außerdem werden wir anhand der Linienasymmetrie der NCs verschiedener Emissionslinien mit hochauflösenden Spektren von ESPRESSO@VLT und CHIRON@CTIO die vertikale Schichtung der Schockstruktur untersuchen. Schließlich werden wir die Dichotomie der spektro-photometrischen Signaturen des Hotspots auf TW Hya mit TESS Lichtkurven und simultanen CHIRON Spektren studieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen