Fläckarna på ytan på solen kommer och går med en 11-årig periodicitet som kallas solcykeln. Solcykeln drivs av soldynamon, som är ett samspel mellan magnetfält, konvektion och rotation. Dock, vår förståelse av fysiken bakom soldynamon är långt ifrån komplett. Ett exempel är det så kallade Maunder Minimum, en period på 1600-talet, där fläckar nästan försvann från solens yta under en period på över 50 år.

Nu, ett stort internationellt team under ledning av Christoffer Karoff från Aarhus Universitet har hittat en stjärna som kan kasta ljus över fysiken bakom soldynamon. Stjärnan ligger 120 ljusår bort i stjärnbilden Cygnus, och på ytan, det ser precis ut som solen. Den har samma massa, radie och ålder — men stjärnans kemiska sammansättning är väldigt olika. Den består av ungefär dubbelt så många tunga element som i solen.

Teamet har lyckats kombinera observationer från rymdfarkosten Kepler med markbaserade observationer som går så långt tillbaka som 1978, därigenom rekonstruerar en 7,4-årig cykel i denna stjärna. "Den unika kombinationen av en stjärna nästan identisk med solen, förutom den kemiska sammansättningen, med en cykel som har observerats från både Kepler-rymdfarkosten och från marken gör denna stjärna till en Rosetta-sten för studiet av stjärndynamos, " förklarar Karoff.

Tunga element gör stjärnan mer variabel

Genom att kombinera fotometri, spektroskopiska och asteroseismiska data, teamet samlade in den mest detaljerade uppsättningen observationer för en solliknande cykel i någon annan stjärna än solen. Observationerna avslöjade att amplituden för cykeln som ses i stjärnans magnetfält är mer än dubbelt så stark som den som ses på solen, och cykeln är ännu starkare i synligt ljus.

Detta gjorde att teamet kunde dra slutsatsen att fler tunga element gör en starkare cykel. Baserat på modeller av fysiken som äger rum i stjärnans djupa inre och atmosfär, laget kunde också föreslå en förklaring av den starkare cykeln. Faktiskt, de kom med en tvådelad förklaring. Först, de tunga elementen gör stjärnan mer ogenomskinlig, som förändrar energitransporten djupt inne i stjärnan från strålning till konvektion. Detta gör dynamo starkare, påverkar både amplituden av variabiliteten i magnetfältet och rotationsmönstret nära ytan. Den senare effekten mättes också. Andra, de tunga elementen påverkar processerna på ytan och i stjärnans atmosfär. Specifikt, kontrasten mellan diffusa ljusa områden som kallas faculae och den tysta solbakgrunden ökar när blandningen av tunga element ökar. Detta gör stjärnans cykliska fotometriska variation starkare.

Kan hjälpa oss att förstå hur solen påverkar vårt klimat

Den nya studien kan hjälpa oss att förstå hur solens instrålning har förändrats över tiden, vilket sannolikt kommer att påverka vårt klimat. I allmänhet ägnas särskild uppmärksamhet åt Maunder Minimum, som sammanföll med en period av relativt kallt klimat, speciellt i norra Europa. De nya mätningarna erbjuder en viktig begränsning för modellerna som försöker förklara solens svaga aktivitet och eventuella minskade ljusstyrka under Maunder-minimum.