Warum ist es wichtig, in Dreifachsternsystemen nach Exoplaneten zu suchen und wie viele können wir dort finden? Das geht aus einer aktuellen Studie hervor Astrophysik und Weltraumwissenschaften hofft, eine Lösung zu finden, nachdem zwei Forscher der University of Texas in Arlington die statistische Wahrscheinlichkeit von Dreifachsternsystemen untersucht haben, die Exoplaneten beherbergen. Diese Studie hat das Potenzial, Forschern dabei zu helfen, die Entstehung und Entwicklung von Dreifachsternsystemen besser zu verstehen und herauszufinden, ob sie für die Aufnahme von Leben, wie wir es kennen, geeignet sind.
Die Forschung ist veröffentlicht auf der arXiv Preprint-Server.
Hier diskutiert Universe Today diese unglaubliche Forschung mit Dr. Manfred Cuntz, einem Physikprofessor an der University of Texas in Arlington und Hauptautor der Studie, über die Motivation hinter der Studie, die bedeutendsten Ergebnisse und die Bedeutung des Triple-Studiums Sternensysteme und die Wahrscheinlichkeit, Exoleben in Dreifachsternsystemen zu finden.
Was war die Motivation hinter der Studie?
Dr. Cuntz erklärt gegenüber Universe Today: „Alter und Metallizität (d. h. die Menge an schweren Elementen = andere Elemente als Wasserstoff und Helium) sind grundlegende Eigenschaften von Sternen, eine Aussage, die für alle Sterne gilt. Wenn man bedenkt, dass die meisten Sterne (mit Ausnahme der Sonne) Da sie Mitglieder von Systemen höherer Ordnung sind, ist die Untersuchung von Sternen in Dreifachsternsystemen eine natürliche Erweiterung der Forschung, die sich auf einzelne Sterne konzentriert.“
Für die Studie führten die Forscher eine statistische Analyse sowohl des Alters als auch der Metallizität von Dreifachsternsystemen mit insgesamt 27 bestätigten Exoplaneten auf der Grundlage früherer Forschungen durch, wobei die Anzahl der Exoplaneten in jedem System zwischen 1 und 5 lag. Das Alter der Das Alter des Dreifachsternsystems lag mit Fehlertoleranzen zwischen 20 Millionen und 7,2 Milliarden Jahren. Zum Vergleich: Unsere Sonne wird auf etwas mehr als 4,6 Milliarden Jahre geschätzt.
Die Metallizitäten der Sternsysteme lagen mit Fehlermargen zwischen -0,59 und +0,56, was häufig auf der Grundlage des Verhältnisses von Eisen zu Wasserstoff (Fe/H) berechnet wird und auch mit der Gleichung X + Y + Z berechnet wird =1, wobei X der Anteil von Wasserstoff, Y der Anteil von Helium und Z alles andere ist (z. B. Kohlenstoff, Sauerstoff, Silizium, Eisen usw.).
Diese Werte liegen zwischen -4,5 und +1,0, wobei Sterne 0, -1, größer als 0 und kleiner als 0 aufweisen, was darauf hinweist, dass ein Stern die gleiche Eisenhäufigkeit wie unsere Sonne hat, ein Zehntel der Eisenhäufigkeit unserer Sonne, also größer Metallgehalt als unsere Sonne bzw. einen geringeren Metallgehalt als unsere Sonne.
Was waren die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie?
„Es wurden zwei äußerst signifikante Ergebnisse identifiziert“, sagt Dr. Cuntz gegenüber Universe Today. „Erstens sind Sterne in Dreifachsternsystemen im Durchschnitt deutlich jünger als Sterne in der Sonnenumgebung. Die plausibelste Erklärung ist ein möglicher doppelter Selektionseffekt aufgrund der relativ hohen Masse der Planetensterne in diesen Systemen (die weniger Zeit verbringen). auf der Hauptreihe als massearme Sterne) und dass Planeten in Dreifachsternsystemen auf lange Sicht orbital instabil sein können.
„Die stellare Metallizität dieser Sterne ist im Durchschnitt sonnenähnlich; aufgrund der begrenzten Datenmenge steht dieses Ergebnis jedoch nicht im Widerspruch zu der früheren Feststellung, dass Sterne mit Planeten dazu neigen, metallreich zu sein, wie dies auch bei der abgeleiteten Metallizitätsverteilung der Fall ist.“ relativ breit.“
Die Entfernungen zu den jeweiligen Dreifachsternsystemen liegen zwischen 4,3 und 1.870 Lichtjahren von der Erde, aber nur 6 der 27 Dreifachsternsysteme liegen weniger als 100 Lichtjahre entfernt. Zu diesen sechs Dreifachsternsystemen gehören Alpha Centauri (4,3 Lichtjahre), Epsilon Indi (11,9 Lichtjahre), LTT 1445 (22,4 Lichtjahre), Gliese 667 (23,6 Lichtjahre) und 94 Ceti (73,6 Lichtjahre). und Psi1 Draconis (74,5 Lichtjahre), wobei die Gesamtzahl der Exoplaneten (mit in Klammern angegebenen Exoplanetenkandidaten) in jedem System 3 (2), 1, 1, 2 (1), 1 bzw. 1 beträgt.
Zum Vergleich: Mit Stand September 2024 beträgt die Gesamtzahl bestätigter Exoplanetensysteme in unserem Kosmos mehr als 4.300, was fast 5.800 Exoplaneten umfasst.
Welche Bedeutung hat die Untersuchung von Dreifachsternsystemen trotz der geringen Anzahl von Dreifachsternsystemen, die Exoplaneten beherbergen?
Dr. Cuntz erklärt gegenüber Universe Today: „Die meisten Sterne (mit Ausnahme der Sonne) sind Mitglieder von Systemen höherer Ordnung, insbesondere von Doppelsternsystemen – und in selteneren Fällen von Dreifachsternsystemen und Systemen noch höherer Ordnung.“
„Daher ist die Untersuchung von Planeten in Dreifachsternsystemen eine natürliche Erweiterung des Standardansatzes, der sich auf Planeten um einzelne Sterne konzentriert. Die aktuelle Studie konzentriert sich auf einige Eigenschaften von Sternen in Dreifachsternsystemen, von denen bekannt ist, dass sie ( a) Planet(en) – eine relativ seltene Umgebung. Die Bedeutung der aktuellen Studie besteht darin, unser allgemeines Verständnis von Stern-Planeten-Systemen zu erweitern.
Für Alpha Centauri wurde bestätigt, dass der Exoplanet Proxima Centauri b terrestrisch (felsig) ist, in Radius und Masse ungefähr die Größe der Erde hat und innerhalb der habitablen Zone (HZ) von Proxima Centauri kreist, einem der Sterne, aus denen er besteht das Dreifachsternsystem Alpha Centauri.
Der einzige andere terrestrische Exoplanet, der innerhalb der HZ seines Sterns umkreist, ist Gliese 667 Cc, dessen Masse und Radius größer als die der Erde sind, was ihn als Supererde bezeichnet.
Angesichts der geringen Anzahl von Dreifachsternsystemen, die Exoplaneten haben, und noch weniger, die terrestrische Exoplaneten beherbergen, die in ihrem HZ kreisen, wie hoch ist dann die Wahrscheinlichkeit, Exoleben in Dreifachsternsystemen zu finden?
„Der einzige Planet, von dem wir sicher wissen, dass Leben existiert, ist die Erde“, sagt Dr. Cuntz gegenüber Universe Today. „Doch sowohl durch Beobachtungsstudien als auch durch theoretische Studien während vieler Jahrzehnte engagierter Arbeit sind Wissenschaftler davon überzeugt, dass Exolife mit ziemlicher Sicherheit real ist. Diese Aussage sollte auch für Planeten in Dreifachsternsystemen gelten.“
„Allerdings sind diese Planeten typischerweise relativ unterschiedlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt (z. B. unterschiedlichen Strahlungsmengen, die von den Sternkomponenten aufgenommen werden), was voraussichtlich die Wahrscheinlichkeit fortgeschrittener Lebensformen verringert, aber dennoch mikrobielles Leben, insbesondere Extremophile, ermöglichen sollte.“
Da die Zahl der bestätigten Exoplaneten weiter wächst, sollte auch die bestätigte Zahl der Dreifachsternsysteme, die Exoplaneten beherbergen, steigen. Wenn Science-Fiction-Fans über Mehrsternsysteme lesen, denken sie fast sofort an die ikonische Szene in „Star Wars: Eine neue Hoffnung“, in der Luke Skywalker beobachtet, wie zwei Sterne am Horizont untergehen.
Während Tatooine für Menschen und andere interessante Lebensformen bewohnbar war, ist dies in der realen Welt möglicherweise nicht der Fall, wie Proxima Centauri b zeigt, der derzeit der einzige erdähnliche Exoplanet ist, der in seinem HZ innerhalb von 100 Lichtjahren um die Erde kreist.
Welche Einschränkungen sollten Wissenschaftler daher bei der Suche nach Leben in Dreifachsternsystemen anlegen? Sollten wir stattdessen ihre Monde untersuchen, da der Film „Avatar“ den halb bewohnbaren Mond Pandora zeigt, der einen viel größeren Exoplaneten im Alpha-Centauri-System umkreist? Sind Dreifachsternsysteme mit Exoplaneten so selten, wie die Statistiken heute zeigen?
„Die Suche nach Leben außerhalb des Planeten Erde ist weiterhin ein faszinierendes Thema“, sagt Dr. Cuntz gegenüber Universe Today. „Politische und gesellschaftliche Unterstützung für laufende und zukünftige Weltraummissionen wird sehr geschätzt. Wir als Wissenschaftler sind dankbar für die anhaltende Unterstützung durch Steuerzahler auf der ganzen Welt, insbesondere aber hier in den USA.“
Weitere Informationen:
Manfred Cuntz et al., Über das Alter und die Metallizität von Planeten beherbergenden Dreifachsternsystemen, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.09268