Warum Sterne kurz vor ihrem Ende abbremsen – oder beschleunigen: Magnetische Kräfte bestimmen das letzte Drehmoment

Die meisten Sterne rotieren im Laufe ihres Lebens immer langsamer. Vom Moment ihrer Entstehung bis zu ihrem Ende verringert sich ihre Drehgeschwindigkeit oft um das Hundert- bis Tausendfache. Ein bekanntes Beispiel dafür ist unsere Sonne: Sie verliert kontinuierlich an Drehimpuls, da andauernd Materie durch den Sonnenwind ins All entweicht.

Astronomen vermuten seit Langem, dass vor allem Magnetfelder und Plasmaflüsse diesen Vorgang antreiben. Doch die genauen Mechanismen dahinter sind bis heute nicht vollständig geklärt. Einen entscheidenden Fortschritt brachte die sogenannte Astroseismologie, welche die natürlichen Schwingungen von Sternen untersucht und Rückschlüsse auf ihre inneren Strukturen erlaubt.

Dadurch konnten Forschende erstmals die Rotationsraten und Magnetfelder im Inneren vieler Sterne in unserer Galaxie messen. Dabei wurde klar, dass die bisherigen Theorien nicht ausreichen, um den drastischen Rückgang der Rotation zu erklären. Dieser Umstand hatte letztlich das Interesse eines Forschungsteams der Kyoto University geweckt.

Vorgänge im Sterninneren

Inspiriert von früheren 3D-Simulationen und Erkenntnissen über die Sonnenkonvektion untersuchte das Team, wie Magnetfelder das Innere massereicher Sterne beeinflussen. „Unsere Mitautoren in Australien und Großbritannien haben bereits 3D-magnetohydrodynamische Simulationen für massereiche Sterne vor dem Kernkollaps durchgeführt“, erklärt Studienleiter Ryota Shimada.

Massereiche Sterne sind sehr heiße und leuchtkräftige Sterne, die deutlich mehr Masse besitzen als die Sonne und nur eine kurze Lebensdauer haben, nach der sie oft als Supernova explodieren und Neutronensterne oder Schwarze Löcher hinterlassen.

Die Simulationen zeigen, dass sich Magnetfelder und Rotation gegenseitig beeinflussen – ähnlich wie beim solaren Dynamo, der das Magnetfeld der Sonne aufrechterhält. Dabei verändern sich Geschwindigkeit und Richtung der Materieströme im Sterninneren innerhalb kurzer Zeiträume. Das wiederum kann dazu führen, dass ein Stern weiter abbremst – oder sich überraschend wieder beschleunigt.

Besonders entscheidend ist die Verlagerung des Drehimpulses im Inneren: Er kann sowohl nach außen als auch nach innen erfolgen und hängt stark von der Geometrie des Magnetfeldes ab.

Unerwartete Beschleunigung vor dem Ende

Eine überraschende Erkenntnis der Studie ist, dass bestimmte Magnetfeld-Konfigurationen den Kern eines Sterns sogar schneller rotieren lassen können. Das deute darauf hin, dass die endgültige Rotationsgeschwindigkeit von den Eigenschaften des Sterns abhängt, sagt Mitautorin Lucy McNeill.

Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Mechanismen, die bisher die Rotation sonnenähnlicher Sterne erklärt haben, auch für massereiche Sterne gelten könnten. Damit könnte die Theorie der Sternrotation über verschiedene Sternklassen hinweg vereinheitlicht werden.

Als nächsten Schritt planen die Forschenden umfassende Simulationen, die den gesamten Lebenszyklus von Sternen unterschiedlicher Massen abbilden. Damit wollen sie schließlich die Rotationsentwicklung in allen Phasen vorhersagen können.

Das neue Wissen könnte nicht nur das Verständnis über die Sternentwicklung vertiefen, sondern auch wichtige Hinweise auf die Bedingungen liefern, unter denen Supernovae und kompakte Objekte wie Neutronensterne entstehen.

Quellenhinweis:

Shimada, R., McNeill, L. O., Varma, V., Maeda, K., Yokoyama, T., & Müller, B. (2026): Angular Momentum Transport in the Convection Zone of a 3D MHD Simulation of a Rapidly Rotating Core-collapse Progenitor. The Astrophysical Journal, 1002, 66.