Astronomen unter der Leitung der University of Warwick haben den ältesten Stern in unserer Galaxie identifiziert, der Trümmer von umkreisenden Planetesimalen ansammelt, was ihn zu einem der ältesten felsigen und eisigen Planetensysteme macht, die in der Milchstraße entdeckt wurden.
Ihre Ergebnisse werden heute (5. November) in veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society und schließen daraus, dass ein schwacher Weißer Zwerg, der sich 90 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, sowie die Überreste seines umlaufenden Planetensystems über 10 Milliarden Jahre alt sind.
Das Schicksal der meisten Sterne, einschließlich solcher wie unserer Sonne, ist es, ein Weißer Zwerg zu werden. Ein Weißer Zwerg ist ein Stern, der seinen gesamten Brennstoff verbrannt und seine äußeren Schichten abgestoßen hat und nun einem Prozess des Schrumpfens und Abkühlens unterliegt. Während dieses Prozesses werden alle umlaufenden Planeten gestört und in einigen Fällen zerstört, wobei ihre Trümmer sich auf der Oberfläche des Weißen Zwergs ansammeln.
Für diese Studie modellierte das Team von Astronomen unter der Leitung der University of Warwick zwei ungewöhnliche Weiße Zwerge, die vom Weltraumobservatorium GAIA der Europäischen Weltraumorganisation entdeckt wurden. Beide Sterne sind durch Planetentrümmer verunreinigt, wobei einer von ihnen ungewöhnlich blau ist, während der andere der schwächste und rötlichste ist, der bisher in der lokalen galaktischen Nachbarschaft gefunden wurde – das Team unterzog beide weiteren Analysen.
Unter Verwendung spektroskopischer und photometrischer Daten von GAIA, dem Dark Energy Survey und dem X-Shooter-Instrument der Europäischen Südsternwarte, um herauszufinden, wie lange es abgekühlt ist, fanden die Astronomen heraus, dass der „rote“ Stern WDJ2147-4035 etwa 10,7 Milliarden groß ist Jahre alt, von denen 10,2 Milliarden Jahre als Weißer Zwerg gekühlt wurden.
Bei der Spektroskopie wird das Licht des Sterns bei verschiedenen Wellenlängen analysiert, wodurch erkannt werden kann, wann Elemente in der Atmosphäre des Sterns Licht in verschiedenen Farben absorbieren, und dabei hilft, festzustellen, um welche Elemente es sich handelt und wie viel davon vorhanden ist. Durch die Analyse des Spektrums von WDJ2147-4035 fand das Team das Vorhandensein der Metalle Natrium, Lithium, Kalium und versuchsweise entdeckten Kohlenstoff, der sich auf dem Stern ansammelt – was ihn zum ältesten bisher entdeckten metallverseuchten Weißen Zwerg macht.
Der zweite „blaue“ Stern WDJ1922+0233 ist nur geringfügig jünger als WDJ2147-4035 und wurde von planetarischem Schutt ähnlicher Zusammensetzung wie die kontinentale Erdkruste verschmutzt. Das Wissenschaftsteam kam zu dem Schluss, dass die blaue Farbe von WDJ1922+0233 trotz seiner kühlen Oberflächentemperatur durch seine ungewöhnlich gemischte Helium-Wasserstoff-Atmosphäre verursacht wird.
Die Trümmer, die in der ansonsten nahezu reinen Helium- und Schwereatmosphäre des roten Sterns WDJ2147-4035 gefunden wurden, stammen von einem alten Planetensystem, das die Entwicklung des Sterns zu einem Weißen Zwerg überlebt hat, was die Astronomen zu dem Schluss veranlasste, dass dies das älteste ist Planetensystem um einen in der Milchstraße entdeckten Weißen Zwerg.
Hauptautorin Abbigail Elms, Ph.D. Student am Department of Physics der University of Warwick, sagte: „Diese metallverseuchten Sterne zeigen, dass die Erde nicht einzigartig ist, es gibt da draußen andere Planetensysteme mit erdähnlichen Planetenkörpern. 97 % aller Sterne werden weiß Zwerg, und sie sind so allgegenwärtig im Universum, dass es sehr wichtig ist, sie zu verstehen, insbesondere diese extrem kühlen Weißen Zwerge, die aus den ältesten Sternen unserer Galaxie gebildet werden, liefern Informationen über die Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen um die ältesten Sterne herum in der Milchstraße.“
„Wir finden die ältesten stellaren Überreste in der Milchstraße, die von einst erdähnlichen Planeten verschmutzt wurden. Es ist erstaunlich, sich vorzustellen, dass dies im Zeitraum von 10 Milliarden Jahren geschah und dass diese Planeten starben, lange bevor die Erde überhaupt entstand .“
Astronomen können auch die Spektren des Sterns verwenden, um zu bestimmen, wie schnell diese Metalle in den Kern des Sterns sinken, was es ihnen ermöglicht, in die Vergangenheit zu blicken und zu bestimmen, wie reichlich jedes dieser Metalle im ursprünglichen Planetenkörper vorhanden war. Indem wir diese Fülle mit astronomischen Körpern und Planetenmaterial vergleichen, die in unserem eigenen Sonnensystem gefunden wurden, können wir erraten, wie diese Planeten ausgesehen hätten, bevor der Stern starb und ein Weißer Zwerg wurde – aber im Fall von WDJ2147-4035 hat sich das bewiesen herausfordernd.
Abbigail erklärt: „Der rote Stern WDJ2147-4035 ist ein Mysterium, da die angesammelten Planetentrümmer sehr reich an Lithium und Kalium sind und sich von allem unterscheiden, was in unserem eigenen Sonnensystem bekannt ist. Dies ist ein sehr interessanter Weißer Zwerg, da seine ultrakühle Oberflächentemperatur die Metalle, die es verunreinigen, sein hohes Alter und die Tatsache, dass es magnetisch ist, machen es extrem selten.“
Professor Pier-Emmanuel Tremblay von der Fakultät für Physik an der University of Warwick sagte: „Als diese alten Sterne vor mehr als 10 Milliarden Jahren entstanden, war das Universum weniger metallreich als heute, da Metalle in entwickelten Sternen gebildet werden und gigantische Sternexplosionen. Die beiden beobachteten Weißen Zwerge bieten ein spannendes Fenster zur Planetenentstehung in einer metallarmen und gasreichen Umgebung, die sich von den Bedingungen zur Entstehungszeit des Sonnensystems unterschied.“
Mehr Informationen:
Abbigail Elms et al, Spektralanalyse von ultrakalten weißen Zwergen, die durch Planetentrümmer verschmutzt sind, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac2908