Eigenschaften

Ein Roter Zwerg ist ein Hauptreihenstern der Spektralklasse M. Der Begriff Roter Zwerg ist allerdings nicht exakt definiert. Manchmal werden auch Hauptreihensterne der Spektralklassen K5 bis K9 noch als Rote Zwerge bezeichnet. Andere Begriffe sind Rote Hauptreihensterne oder M-Zwerge.

Rote Zwerge haben nur 0,08 bis 0,6 Sonnenmassen und sind mit 0,08 bis 0,6 Sonnendurchmesser erheblich kleiner als die Sonne. Sie strahlen ihr Licht überwiegend im roten und infraroten Bereich des Spektrums ab und leuchten daher rötlich. Wegen ihrer geringen Größe und ihrer niedrigen Oberflächentemperaturen von 2.200 bis 3.800 Kelvin leuchten sie nur sehr schwach und gehören der Leuchtkraftklasse V an. Es gibt keinen Roten Zwerg am Himmel, den man mit dem bloßem Auge sehen kann.

Obwohl Rote Zwerge den meisten Teil ihrer Energie im roten und infraroten Bereich abstrahlen, haben sie wie die anderen Sterne ein kontinuierliches Spektrum. Aus der Nähe gesehen würden sie genau wie die Sonne grellweiß erscheinen, mit einer leichten Tönung ins Orange-Rötliche.

Im Gegensatz zu Sternen mit größerer Masse findet bei Roten Zwergen der Energietransport im Innern überwiegend durch Konvektion und nicht durch Strahlung statt. Rote Zwerge mit mehr als 0,3 Sonnenmassen haben einen kleinen Strahlungskern, Rote Zwerge mit weniger als 0,3 Sonnenmassen sind im Innern komplett konvektiv; sie haben keinen Strahlungskern wie die Sonne.

Da die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium bei den Roten Zwergen nur langsam stattfindet, haben sie eine sehr lange Lebensdauer von 20 Milliarden bis 1 Billion Jahre. Da Rote Zwerge so lange leben, und immer wieder neue entstehen, ist ihre Anzahl groß. Etwa 70 Prozent aller Sterne der Milchstraße sind Rote Zwerge. Wegen ihrer geringen Helligkeit sind sie aber schwer und nur in Sonnennähe zu beobachten.

Die folgende Tabelle enthält die wichtigsten Sternparameter von Roten Zwergen der Spektralklassen M0 bis M9. Als Vergleich ist die Sonne (Spektralklasse G2V) genannt.

Rote Zwerge sind im Innern nicht mehr richtig stabil. Daher zeigen viele von ihnen eine hohe koronale Aktivität und es kommt in unregelmäßigen Zeitabständen zu starken Strahlungsausbrüchen, den sogenannten Flares.

Rote Zwerge, die Flare-Ausbrüche zeigen, werden unter den Veränderlichen Sternen als UV-Ceti Sterne bezeichnet. Bei Angabe der Spektralklasse wird am Ende ein kleines e angefügt (Emissionslinien durch Flare-Aktivität). Auch sind Rote Zwerge von Flecken bedeckt, ähnlich den Sonnenflecken.

Magnetfeld

Magnetfelder in Sternen entstehen durch den sogenannten Dynamo-Effekt, auch Magnetohydrodynamischer Dynamo genannt. Alle Sterne bestehen aus einem heißem Plasma aus Elektronen und Ionen, das in ständiger Bewegung ist. Der innere Kern eines Sterns, wo der Energietransport überwiegend durch Strahlung stattfindet, rotiert schneller als die äuße Konvektionszone. Das Plasma ist elektrisch leitfähig und es fließt ein elektrischer Strom, der ein Magnetfeld induziert.

In den Sternen haben wir es mit starken und veränderlichen Magnetfeldern zu tun. Die Magnetfeldlinien wölben sich teilweise nach außen und können sich verdrillen, womit diese kurzgeschlossen werden. Diesen Vorgang, bei dem sich die Struktur eines Magnetfeldes plötzlich ändert, wird als Rekonnexion bezeichnet. Dabei werden große Energiemengen freigesetzt. Die Rekonnexion ist nach heutiger Ansicht für die koronalen Masseauswürfe (CME) auf der Sonne verantwortlich.

Rote Zwerge mit weniger als 0,3 Sonnenmassen sind völlig konvektiv und haben keinen inneren Strahlungskern wie die Sonne. Bis 1995 dachte man, dass Rote Zwerge aufgrund ihres einfacheren inneren Aufbaus nur sehr schwache Magnetfelder besitzen. Dies änderte sich aber im Oktober 1994, als das Hubble-Weltraumteleskop einen Flare-Ausbruch bei dem Stern Gliese 752B registrierte.

Gliese 752 ist ein 18,7 Lichtjahre entferntes Doppelsternsystem im Sternbild Adler. Der Hauptstern A ist ein Roter Zwerg der Spektralklasse M2,5V, der Begleiter B (auch VB 10 = Van Biesbroeck 10) ein Roter Zwerg der Spektralklasse M8V. Mit einer Masse von 0,08 Sonnenmassen ist VB 10 schon ein Grenzfall zu einem Braunem Zwerg, der nicht größer als der Planet Jupiter ist.

Der bei VB 10 aufgetretene Flare beweist eindeutig, dass auch dieser kleine Rote Zwerg ein starkes Magnetfeld besitzen muß, denn ohne wären solche Flares nicht möglich. Nach dieser Beobachtung ist es plausibel, dass auch Braune Zwerge ein starkes Magnetfeld besitzen. Daher muß es noch eine andere Art von Dynamo-Effekt geben, der in diesen bis ins Innere völlig konvektiven Sternen ein starkes Magnetfeld aufbauen kann.

Lebensende

Ist bei einem Roten Zwerg der Wasserstoff fast verbraucht, schrumpft der Stern langsam. Ihr Kern wird dadurch zwar heisser, aber wegen der geringen Masse reicht die Temperaturzunahme im Kern nicht aus, um die Heliumfusion zu zünden. Stattdessen zündet der Wasserstoff in einer Schale um den Kern herum.

Rote Zwerge werden an ihrem Lebensende daher auch nicht zu Roten Riesen. Stattdessen kollabieren sie zu Weißen Zwergen, die überwiegend aus Helium bestehen und kaum aus schwereren Elementen.

Solche Weißen Zwerge, die fast nur aus Helium bestehen, sind bis jetzt aber nur theoretische Objekte. Wegen der extrem langen Lebensdauer der Roten Zwerge hat bis heute noch keiner sein Lebensende erreicht (also die Hauptreihe im Hertzsprung-Russell Diagramm verlassen), da das Universum mit einem Alter von etwa 15 Milliarden Jahren dazu noch viel zu jung ist. Daher sind solche speziellen Weißen Zwerge auch noch nie beobachten worden.