Mysteriöse Wellen, die von der Sonne rasen, bewegen sich mit Geschwindigkeiten, die sich „einer Erklärung widersetzen“

Hochfrequente Wellen, die auf der Sonne wirbeln, haben die Wissenschaftler verwirrt, da sich die unerwarteten Energieausbrüche mit einer Geschwindigkeit bewegen, die sich jeder Erklärung entzieht.

Ein Team des Abu Dhabi Center for Space Science der New York University analysierte 25 Jahre weltraum- und bodengestützte Beobachtungen von Energiewellen unseres Wirtssterns.

Sie entdeckten eine neue Gruppe von Wellen, die sich in die entgegengesetzte Richtung der Sonnenrotation bewegten und sich unerklärlicherweise schneller fortbewegten, als es theoretisch möglich war.

Diese Wellen erscheinen als Wirbelmuster in einer wirbelnden Bewegung auf der Sonnenoberfläche und bewegen sich mit der dreifachen Geschwindigkeit anderer Wellenarten auf dem Stern.

Sie sind als Hochfrequenz-Retrograde-Wellen (HFR) bekannt und bieten beispiellose Einblicke in das Innenleben eines Sterns und könnten eines Tages zu neuen Arten der Physik führen, da Folgestudien zu erklären versuchen, wie sie so schnell sein können.

Das Innere der Sonne kann wie andere Sterne ihrer Art nicht durch herkömmliche Astronomie abgebildet werden, sei es durch optische, Röntgen- oder Infrarottechniken.

Das bedeutet, dass Wissenschaftler sich darauf verlassen müssen, die Oberflächensignaturen einer Vielzahl von Lichtwellen zu interpretieren, um zu verstehen, was tief im Inneren passiert.

Diese neuen hochfrequenten retrograden Wellen, benannt nach ihrer Gegenrichtung, könnten noch ein wichtiges Puzzleteil für unser Verständnis von Sternen sein.

Komplexe Wechselwirkungen zwischen anderen bekannten Wellen und Magnetismus, Schwerkraft oder Konvektion könnten die HFR-Wellen mit der unerwarteten Geschwindigkeit antreiben, prognostiziert das Team.

“Wenn die HFR-Wellen einem dieser drei Prozesse zugeschrieben werden könnten, hätte der Befund einige offene Fragen beantwortet, die wir noch über die Sonne haben”, sagte Chris Hanson, wissenschaftlicher Mitarbeiter und Studienautor von der NYU.

“Allerdings scheinen diese neuen Wellen kein Ergebnis dieser Prozesse zu sein, und das ist aufregend, weil es zu einer ganzen Reihe neuer Fragen führt.”

Durch die Untersuchung der inneren Dynamik der Sonne – durch die Verwendung von Wellen – können Wissenschaftler ihre potenziellen Auswirkungen auf die Erde und andere Planeten besser einschätzen.

“Die bloße Existenz von HFR-Modi und ihr Ursprung ist ein wahres Mysterium und könnte auf eine aufregende Physik anspielen”, sagte Shravan Hanasoge, ein Co-Autor der Veröffentlichung. “Es hat das Potenzial, Einblicke in das ansonsten nicht beobachtbare Innere der Sonne zu geben.”

Es gehört zu einem relativen Nischenbereich der Astronomie, der als Helioseismologie bekannt ist und sich auf die Untersuchung akustischer Wellen stützt, die in der Sonne zu sehen sind.

Dies ähnelt der Untersuchung von Wellen auf der Erde, die Erdbeben vorhersagen können.

Bei der Sonne wurde die Untersuchung dieser Wellen genutzt, um mehr über ihre innere Rotation und Struktur zu erfahren – was mit direkten Beobachtungstechniken unmöglich wäre.

Schallwellen sind jedoch unempfindlich gegenüber Dingen wie Magnetfeldern, Entropie und Konvektion – die für Theorien der Sonnendynamik von entscheidender Bedeutung sind.

Um die Lücke zu schließen, verwendete das neue Team helioseismische und korrelationsverfolgende Analysen von boden- und weltraumgestützten Beobachtungen, um andere Wellentypen innerhalb des Sterns zu untersuchen.

“Wir konnten äquatorial antisymmetrische Vorticity-Wellen entdecken, die sich mit der dreifachen Phasengeschwindigkeit von Rossby-Haurwitz-Wellen derselben Wellenzahl rückläufig ausbreiten”, schreiben die Autoren.

Damit ist eine neue Art von Welle gemeint, die entgegen der Rotationsrichtung der Sonne wirbelt und sich dreimal schneller bewegt als andere Wellenarten.

Dies kann nicht durch standardmäßige hydrodynamische Mechanismen erklärt werden, erklärte das Team und deutete an, dass im seltenen, intensiven Inneren von Sternen wie unserer Sonne eine neue Physik im Spiel sein könnte.

Sie nahmen zunächst an, dass die Wellen durch die Coriolis-Kraft angeregt und dann durch interne Magnetfelder, Schwerkraft und Kompressibilität modifiziert werden – wie komprimiert sie zu einem bestimmten Zeitpunkt sein können, basierend auf den Bedingungen in der Region.

„Durch Beobachtungen und theoretische Argumente schließen wir diese Kopplungsmechanismen jedoch aus. Die noch unbestimmte Natur dieser Wellen verspricht neuartige Physik und neue Einblicke in die Sonnendynamik.’

Das Team sagt, es habe sich als schwierig herausgestellt, herauszufinden, wo HFR in den breiteren Kontext der Sonnendynamik passen, da sie wahrscheinlich nicht zu den Merkmalen gehören, die üblicherweise in Standardtheorien auftauchen.

Die Sonne ist nicht der einzige Ort, an dem diese Art von Wellen gesichtet wurden, wie eine Studie vor 30 Jahren noch ungeklärte Hochfrequenzwellen im Ozean der Erde fand.

Dieses Phänomen stellt Atmosphärenwissenschaftler noch drei Jahrzehnte später vor Rätsel, obwohl große Anstrengungen unternommen wurden, um es zu erklären.

Bekannt als ozeanische Rossby-Wellen, wurden sie über tropischen Breiten gefunden und zeigten hohe Phasengeschwindigkeiten, die bis zu viermal höher waren als theoretisch erwartet.

“Es ist interessant, die Ähnlichkeit mit der Sonne festzustellen, da die mit HFR-Modi verbundenen flüssigen Bewegungen direkt vor dem Äquator zu sehen sind”, sagte das Team.

“Das Ziehen aus der atmosphärischen Literatur kann uns daher helfen, die Physik, die HFR-Wellen antreibt, besser zu verstehen”, aber das Verständnis der Physik, die sie antreibt, würde “sorgfältige, gründliche und detaillierte theoretische und numerische Studien” erfordern, sagten sie.

Die Ergebnisse wurden in Nature Astronomy veröffentlicht.