Robert Klatt
Neuentdeckte Sonnenwellen deuten darauf hin, dass die Standardmodelle der Sonnenphysik nicht vollständig sind.
Abu Dhabi (Vereinigte Arabische Emirate). Das Innenleben und die Oberfläche unserer Sonne werden durch unterschiedliche Wellen und Strömungen geprägt. Diese entstehen sowohl durch komplexe Wechselwirkungen des Plasmas der Sonne mit ihrem Magnetfeld als auch durch die Sonnenrotation, die Gravitation der Sonne und die hohen Temperaturunterschiede im Sonneninneren. Wissenschaftler der New York University in Abu Dhabi haben nun eine zuvor unbekannte Wellenform der Sonne entdeckt, die nicht durch die gängigen Modelle erklärt werden kann.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Astronomy haben die Astronomen im Rahmen ihrer Studie Langzeitdaten von zwei Sonnenobservatorien analysiert, die über 24 Jahre erhoben wurden. Diese Daten zeigen anhand von Bewegungen und spektralen Analysen von stellaren Vibrationen das Sonnenplasma auf der Oberfläche des Sterns.
Die Wissenschaftler um Chris Hanson konnten so entlang des solaren Äquators eine neue Plasmawelle identifizieren. Dieser Typ besteht aus einem Band aus Wirbeln, das sich über die gesamte Sonne zieht. Die Wirbel der Sonnenwelle rotieren abwechselnd gegen und im Uhrzeigersinn. Sie befinden sich beiderseits des Äquators und befinden sich dort gegenüberliegenden jeweils antisymmetrisch zueinander.
Auffallend ist laut den Entdeckern vor allen, dass die Sonnenwirbel entgegen der Rotationsrichtung um den Stern wandern. Ihre Phase entspricht den bereits bekannten Rossby-Wellen. Der neue Wellentyp ist aber dreimal schneller. „Die klassische hydrodynamische Rossby-Wellen-Theorie kann diese äquatorialen retrograden Hochfrequenzwellen (HFR) nicht erklären“, so Hanson.
„Theoretisch wäre es möglich, dass die Kopplung der Rossby-Wellen zu anderen Phänomenen zu einer solchen Erhöhung der Phasengeschwindigkeit führt. Wir haben daher drei der plausibelsten Kandidaten für eine solche Wechselwirkung näher untersucht“, erklären die Autoren. Die Möglichkeiten umfassen eine Interaktion des solaren Magnetfelds mit Rossby-Wellen, eine Kombination aus den Effekten der rotationsbedingten Corioliskraft und dem hitzebedingten Plasma-Aufströmen oder dem solaren Magnetfeld.
Alle drei Möglichkeiten können laut der Analyse der Astronomen jedoch nicht die retrograden Hochfrequenzwellen auslösen. Bei einer Rossby-Magnetfeld-Kopplung müsste es laut ihnen zu Schwankungen durch den Sonnenzyklus kommen. Diese wurden jedoch nicht beobachtet. Auch Schwerewellen sind keine Erklärung, weil diese um den Äquatorsymmetrisch sind. Dies ist bei den HFR nicht der Fall.
Die HFR besitzen zwar eine Ähnlichkeit zu Wellen, die durch die Wirkung der Corioliskraft auf geschichtete Körper ausgelöst werden. „Sie bilden äquatorial antisymmetrische vertikale Säulen, die sich an der Sonnenoberfläche in Form von nördlich und südlich gegenläufig rotierenden Wirbeln zeigen würden. Genau das sehen wir auch für die retrograden Hochfrequenzwellen“, erklärt Hanson. Im Gegensatz zu den meisten Modellen, die bei solchen Wirbeln eine prograde Bewegung beschreiben, bewegen sich die HFR aber entgegen der Sonnenrotation.
Eine Erklärung für die neuentdeckten Sonnenwellen konnte somit noch nicht gefunden werden. „Die HFR-Wellen gehe offenbar auf keinen der untersuchten Prozesse zurück. Das wirft einen ganzen Satz neuer Fragen auf“, so Hanson. Die Entdeckung zeigt, dass die Standardmodelle der Sonnenphysik nicht komplett sind. Die Forscher wollen nun untersuchen, ob in den bereits bekannten Gleichungen Parameter vorkommen, die die rätselhaften Wirbel erklären könnten.
„Die bloße Existenz dieser HFR-Moden und ihre Ursache sind ein echtes Mysterium. Dies könnte auf spannende physikalische Effekte hindeuten und ein neues Licht auf die Vorgänge in dem für uns unsichtbaren Inneren der Sonne werfen“ konstatiert Shravan Hanasoge.
Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-022-01632-z
