Die heftigen Todeszuckungen eines nahen Sterns haben sein Planetensystem so gründlich zerstört, dass der zurückgelassene tote Stern – bekannt als Weißer Zwerg – Trümmer aus den inneren und äußeren Bereichen des Systems ansaugt, berichten Astronomen und Kollegen der UCLA heute.
Dies ist der erste Fall von kosmischem Kannibalismus, bei dem Astronomen einen Weißen Zwerg beobachtet haben, der sowohl felsig-metallisches Material, wahrscheinlich von einem nahe gelegenen Asteroiden, als auch eisiges Material verbraucht, von dem angenommen wird, dass es von einem Körper stammt, der denen ähnelt, die im Kuipergürtel am Rand gefunden wurden unseres eigenen Sonnensystems.
„Wir haben noch nie gesehen, dass diese beiden Arten von Objekten gleichzeitig auf einem Weißen Zwerg gewachsen sind“, sagte der leitende Forscher Ted Johnson, ein Physik- und Astronomie-Major an der UCLA, der letzte Woche seinen Abschluss gemacht hat. „Durch die Untersuchung dieser Weißen Zwerge erhoffen wir uns ein besseres Verständnis noch intakter Planetensysteme.“
Die Ergebnisse basieren auf einer Analyse von Materialien, die von der Atmosphäre von G238-44, einem etwa 86 Lichtjahre von der Erde entfernten Weißen Zwerg, eingefangen wurden, wobei Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops und weiterer NASA-Satelliten und -Observatorien verwendet wurden. Ein Weißer Zwerg ist der ausgebrannte Kern, der zurückbleibt, nachdem ein Stern wie unsere Sonne seine äußeren Schichten abwirft und durch Kernfusion aufhört, Brennstoff zu verbrennen.
So überraschend die vielseitige Ernährung des Weißen Zwergs auch ist, die Ergebnisse sind auch faszinierend, weil Astronomen glauben, dass eisige Objekte auf trockene, felsige Planeten in unserem Sonnensystem – einschließlich der Erde – einschlugen und diese bewässerten. Es wird angenommen, dass Kometen und Asteroiden vor Milliarden von Jahren Wasser auf unseren Planeten geliefert und damit die für das Leben notwendigen Bedingungen geschaffen haben. Die Zusammensetzung des Materials, das auf G238-44 geregnet wurde, deutet darauf hin, dass eisige Reservoire unter Planetensystemen üblich sein könnten, sagte der Co-Autor der Forschung, Benjamin Zuckerman, ein UCLA-Professor für Physik und Astronomie.
„Das Leben, wie wir es kennen, erfordert einen felsigen Planeten, der mit einer Vielzahl flüchtiger Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff bedeckt ist“, sagte Zuckerman. „Die Fülle der Elemente, die wir auf diesem Weißen Zwerg sehen, scheint sowohl von einem felsigen als auch einem flüchtigen Elternkörper zu stammen – das erste Beispiel, das wir unter Studien von Hunderten von Weißen Zwergen gefunden haben.“
Chaos und Zerstörung: Vom lebenden Stern zum Roten Riesen zum Weißen Zwerg
Theorien der Evolution von Planetensystemen beschreiben den Niedergang eines Sterns als ein turbulentes, chaotisches Ereignis, das damit beginnt, dass er zunächst exponentiell zu einem sogenannten Roten Riesen aufbläst und dann schnell seine äußeren Hüllen verliert und in einen Weißen Zwerg kollabiert – a superdichter Stern von der Größe der Erde mit der Masse unserer Sonne. Der Prozess stört die Umlaufbahnen der verbleibenden Planeten dramatisch, und kleinere Objekte – Asteroiden, Kometen, Monde – die sich zu nahe an sie wagen, können wie Flipperkugeln zerstreut und auf den Weißen Zwerg zugeschleudert werden.
Diese Studie bestätigt das wahre Ausmaß des Chaos und zeigt, dass der Stern innerhalb von 100 Millionen Jahren nach Beginn seiner weißen Zwergphase in der Lage ist, gleichzeitig Material aus seinem nahe gelegenen Asteroidengürtel und seinen weit entfernten Kuipergürtel-ähnlichen Regionen einzufangen und zu verbrauchen .
Obwohl Astronomen mehr als 5.000 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems katalogisiert haben, ist die Erde der einzige Planet, dessen innere Beschaffenheit wir direkt kennen. Da die Materialien, die auf G238-44 akkretieren, repräsentativ für die Bausteine großer Planeten sind, bietet dieser Kannibalismus der Weißen Zwerge eine einzigartige Gelegenheit, Planeten auseinander zu nehmen und zu sehen, woraus sie bestanden, als sie sich zum ersten Mal um den Stern bildeten, sagte UCLA-Astronomieforscherin Beth Klein, Mitglied des Teams.
Das Team maß unter anderem das Vorhandensein von Stickstoff, Sauerstoff, Magnesium, Silizium und Eisen in der Atmosphäre des Weißen Zwergs. Ihr Nachweis von Eisen in sehr großer Menge ist ein Beweis für metallische Kerne von terrestrischen Planeten wie Erde, Venus, Mars und Merkur, sagte Johnson. Unerwartet hohe Stickstoffvorkommen ließen sie schlussfolgern, dass auch Eiskörper vorhanden waren.
„Am besten geeignet für unsere Daten war eine fast zwei zu eins Mischung aus merkurähnlichem Material und kometenähnlichem Material, das aus Eis und Staub besteht“, sagte Johnson. „Eisenmetall und Stickstoffeis deuten jeweils auf völlig unterschiedliche Bedingungen der Planetenentstehung hin. Es gibt kein bekanntes Objekt im Sonnensystem, das so viel von beidem enthält.“
Die Forscher sagen, dass das ultimative Szenario für unsere eigene Sonne in etwa 5 Milliarden Jahren wahrscheinlich ziemlich ähnlich sein wird wie bei G238-44. Während der roten Riesenphase der Sonne könnte die Erde zusammen mit den inneren Planeten vollständig verdampft werden, sagen sie voraus.
Die Umlaufbahnen vieler Asteroiden im Haupt-Asteroidengürtel unseres Sonnensystems werden durch die Gravitation durch Jupiter gestört und werden auch auf den Überrest des Weißen Zwergs fallen, zu dem die Sonne werden wird, sagte er.
Seit mehr als zwei Jahren arbeitet die Forschungsgruppe an der UCLA zusammen mit Kollegen an der UC San Diego und der Universität Kiel in Deutschland daran, das Geheimnis von G238-44 zu lüften, indem sie die auf dem weißen Zwergstern entdeckten Elemente analysiert.
Ihre Analyse umfasste Daten des ausgemusterten Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer der NASA, des hochauflösenden Echelle-Spektrometers des Keck-Observatoriums auf Hawaii und des Cosmic Origins Spectrograph und des Space Telescope Imaging Spectrograph des Hubble-Weltraumteleskops. Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation.
Die Ergebnisse des Teams wurden am 15. Juni auf einer Pressekonferenz der American Astronomical Society vorgestellt.