Stjärnfläckar är vanligare bland röda jättestjärnor än man tidigare trott. I journalen Astronomi &Astrofysik , forskare under ledning av Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) i Tyskland rapporterar att cirka åtta procent av röda jättar uppvisar sådana fläckar. De är uttryck för starka magnetfält vid stjärnytan. Dessa magnetiska fält skapas djupt inne i stjärnan i en process som kräver, bland annat, konvektion och en snabb rotation av stjärnan. Även om röda jättar i allmänhet betraktas som långsamt roterande stjärnor, de med stjärnfläckar är tydligen ett undantag. Den nya publikationen erbjuder en omfattande analys av orsakerna till deras korta rotationsperioder, allt från påtvingad synkronisering med en annan, nära intilliggande stjärna, att svälja en stjärna eller planet, till en snabb initial rotationshastighet i en tidig utvecklingsfas.

Bland solens mest slående egenskaper är dess solfläckar, relativt mörkare områden jämfört med resten av ytan, varav några är synliga från jorden även utan förstoring. Många andra stjärnor, som likt solen är i prime av sina liv, är också täckta av fläckar. I röda jättar, å andra sidan, som är i ett framskridet stadium av stjärnutveckling, sådana fläckar ansågs tidigare vara sällsynta. Orsaken till denna skillnad kan hittas djupt i stjärnornas inre. I en dynamoprocess, samspelet mellan elektriskt ledande plasmaströmmar och rotation genererar en stjärnas magnetfält som sedan spolas upp till dess yta. På några ställen, särskilt starka magnetfält hindrar het plasma från att strömma uppåt. Dessa områden verkar mörka och utgör stjärnfläckar.

"Rotation och konvektion är båda avgörande ingredienser för bildandet av ytmagnetiska fält och stjärnfläckar, " förklarar Dr Federico Spada från MPS, medförfattare till den nya studien. "Stjärnor med yttre konvektiva lager har potential att generera ytmagnetiska fält via dynamoverkan, men bara när stjärnan roterar tillräckligt snabbt blir den magnetiska aktiviteten detekterbar, " tillägger han. Tills nu, forskare hade antagit att nästan alla röda jättar roterar ganska långsamt runt sin egen axel. Trots allt, stjärnor expanderar dramatiskt när de utvecklas till röda jättar mot slutet av sina liv. Som ett resultat avtar deras rotation, som en konståkare som gör en piruett med utsträckta armar. Den nya studien ledd av forskare från MPS och New Mexico State University (USA) målar nu upp en annan bild. Cirka åtta procent av de observerade röda jättarna roterar tillräckligt snabbt för att stjärnfläckar ska bildas.

Forskargruppen letade igenom mätdata från cirka 4500 röda jättar som registrerats av NASA:s rymdteleskop Kepler från 2009 till 2013 efter bevis på fläckar. Sådana fläckar minskar mängden ljus som en stjärna sänder ut i rymden. Eftersom de vanligtvis bara förändras något under flera månader, de roterar gradvis ut ur teleskopets synfält – och dyker sedan upp igen efter en tid. Detta ger typiska, regelbundet återkommande ljusstyrkafluktuationer.

I ett andra steg, forskarna undersökte frågan varför de fläckiga jättarna roterar så snabbt. Hur samlar de den nödvändiga energin? "För att svara på denna fråga, vi var tvungna att bestämma så många av stjärnornas egenskaper som möjligt och sedan sätta ihop en helhetsbild, " säger Dr Patrick Gaulme, huvudförfattare till publikationen. Vid Apache Point Observatory i New Mexico (USA), till exempel, forskarna studerade hur våglängderna för stjärnljus från några av stjärnorna förändras över tiden. Detta tillåter slutsatser om deras exakta rörelse. Teamet tittade också på snabba fluktuationer i ljusstyrka, som är överlagrade på de långsammare orsakade av stjärnfläckar. De snabbare fluktuationerna är ett uttryck för tryckvågor som fortplantar sig genom en stjärnas inre till dess yta. De innehåller information om många inre egenskaper som stjärnans massa och ålder.

Analysen avslöjade att ungefär 15 procent av de fläckiga jättarna tillhör nära binära stjärnsystem, består vanligtvis av en röd jätte med en liten och mindre massiv följeslagare. "I sådana system, rotationshastigheterna för båda stjärnorna synkroniseras över tiden tills de roterar unisont som ett par konståkare, " säger Gaulme. Den långsammare röda jätten får därmed fart och snurrar snabbare än den skulle ha gjort utan en sällskapsstjärna.

De andra röda jättarna med stjärnfläckar, cirka 85 procent, är på egen hand – och ändå roterar de snabbt. De med en massa som är ungefär lika med solens sammansmältade troligen med en annan stjärna eller planet under sin evolution och fick därmed fart. De lite tyngre, vars massor är två till tre gånger solens, se tillbaka på en annan utveckling. Under deras livs glansdagar innan de blev röda jättar, deras inre struktur förhindrade skapandet av ett globalt magnetfält som gradvis för bort partiklar från stjärnan. Till skillnad från deras magnetiska motsvarigheter, som därför roterar långsammare och långsammare över tiden, deras rotation har förmodligen aldrig avtagit nämnvärt. Även som röda jättar, de roterar fortfarande nästan lika snabbt som de gjorde i sin ungdom.

"Totalt, bakom det gemensamma observationsdraget att vissa röda jättar har fläckar, vi hittar tre grupper av snabbt roterande stjärnor, som var och en har en mycket olika förklaring. Så det är inte konstigt att fenomenet är mer utbrett än vi tidigare trott, säger Gaulme.

Studier som den nuvarande forskningen kastar ljus, bland annat, om utvecklingen av rotation och magnetisk aktivitet i stjärnor, och deras komplexa samspel, inklusive påverkan på beboeligheten hos de planetsystem de kan vara värd för. Dessa är bland de främsta målen för ESA:s PLATO-uppdrag, vars uppskjutning förväntas i slutet av 2026. "Vi ser fram emot att ha PLATO-uppdraget i rymden; med dess unika långtidsobservationer kommer vi att kunna utöka studien till andra regioner av Vintergatan, " avslutar Spada.