Astronomie

Wie geht die Gyrochronologie mit differentieller Rotation und axialer Neigung um?

Wie geht die Gyrochronologie mit differentieller Rotation und axialer Neigung um?

K2 scheint zumindest für einige Astronomen eine noch bessere Mission zu werden, als eine Fortsetzung von Kepler gewesen wäre. Mit welchen Mitteln wird die differenzielle Sternrotation behandelt? Die Rotationsperiode der Sonne ist an ihren Polen 45% länger als am Äquator. Lässt sich dies zusammen mit der unbekannten Orientierung der Rotationsachse des Sterns wirklich aus der Doppler-Verbreiterung der Spektrallinien aussortieren? Ist die Rotationsperiode eines Sterns als die seines Äquators oder als ein Durchschnitt über seine Oberfläche definiert?


Gyrochronologie nutzt die Rotation Perioden von Sternen, verursacht durch Rotationsmodulation durch Sternflecken, um ein Sternalter abzuschätzen. Ohne Differentialrotation hat die Rotationsachsenneigung keine Wirkung auf dieser Messung. Die Doppler-Verbreiterung von Spektrallinien spielt in der Gyrochronologie keine Rolle.

Die Rotationsperiode eines Sterns ist genau das. Es ist die Periode, die aus der Lichtkurve gemessen wird. Es handelt sich also um eine Art emissionsgewichtete durchschnittliche Rotationsperiode, die von der Verteilung der Sternfleck-Breitengrade, der Sternneigung und der Randverdunkelung abhängt. Manchmal gibt es Hinweise auf eine unterschiedliche Rotation, weil sich die Rotationsperiode des Sterns von Epoche zu Epoche ändert. Dies kann verwendet werden, um die Unsicherheit in einer einzelnen Rotationsperiodenmessung zu kalibrieren. Differenzialdrehung ist eine Quelle der Unsicherheit in der Gyrochronologie, jedoch ist ihre Wirkung begrenzt, weil (i) zumindest auf der Sonne und vielleicht auch anderen Sternen Flecken auf relativ niedrige Breiten beschränkt sind; (ii) Flecken treten in einem Bereich von Breiten über diesem Breitenbereich auf. Es ist wahrscheinlich, dass jüngere, schneller rotierende Sterne Flecken in höheren Breiten haben, aber diese Sterne scheinen auch eine viel schwächere Differentialrotation zu haben als die Sonne ($Delta P/P =0.05 P^{0.3}$ nach Donahue et al 1996, wobei $Delta P$ den Bereich der gemessenen Perioden für einen typischen Stern der Periode $P$ charakterisiert).

Der Effekt der differentiellen Rotation auf die Gyrochronologie wird ausführlich von Epstein & Pinsonneault (2014) und etwas prägnanter von Jeffries (2014) diskutiert. Es scheint, dass die differenzielle Rotation wahrscheinlich die Genauigkeitsgrenze einer gemessenen Periode auf etwa 10 Prozent setzt (obwohl ich argumentieren würde, dass sie für jüngere Sterne kleiner ist). Da die Rotationsrate eines Sterns grob dem Spin-Down-Gesetz vom Skumanich-Typ $Omegapropto t^{-1/2}$ folgt, führt dies bei älteren Sternen zu einer Altersunsicherheit von etwa 20 %. Für jüngere Sterne sind die anfänglichen Streuungen der Rotationsraten wichtiger als die differenzielle Rotation als Fehlerquelle.


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