Astronomen entdecken erstmals Riesenplaneten um weißen Zwergstern

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Künstlerische Darstellung des Weißen Zwerg „WDJ0914+1914“ und des ihm umkreisen Neptun-ähnlichen Exoplaneten. Da der eisige Riese den heißen Weißen Zwerg in geringer Entfernung umkreist, streift die extreme ultraviolette Strahlung des Sterns die Atmosphäre des Planeten ab. Während das meiste dieses abgetragenen Gases entweicht, wirbelt ein Teil davon auf eine Scheibe, die ihrerseits auf den Weißen Zwerg strömt. Copyright: ESO/M. Kornmesser

Künstlerische Darstellung des Weißen Zwerg „WDJ0914+1914“ und des ihm umkreisen Neptun-ähnlichen Exoplaneten. Da der eisige Riese den heißen Weißen Zwerg in geringer Entfernung umkreist, streift die extreme ultraviolette Strahlung des Sterns die Atmosphäre des Planeten ab. Während das meiste dieses abgetragenen Gases entweicht, wirbelt ein Teil davon auf eine Scheibe, die ihrerseits auf den Weißen Zwerg strömt.
Copyright: ESO/M. Kornmesser

Warwick (Großbritannien) – Mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) haben Astronomen erstmals einen Riesenplaneten entdeckt, der einen Weißen Zwerg, also den Überrest eines einst sonnenähnlichen Sterns, umkreist. Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass der Neptun-ähnliche Exoplanet verdampft und geben einen Ausblick in die mögliche ferne Zukunft auch unseres eigenen Sonnensystems.

Wie das Team um Dr. Boris Gänsicke von der University of Warwick aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-019-1789-8) berichtet, gelang die Entdeckung im Rahmen der Sloan Digital Sky Survey, während derer 7.000 Weiße Zwerge inspiziert wurden.

Anhand der Analyse minimaler Helligkeitsschwankungen des Sternlichts fanden die Astronominnen und Astronomen Spuren von chemischen Elementen in Mengen, wie sie noch nie zuvor bei einem Weißen Zwerg beobachtet werden konnten. „Wir wussten, dass in diesem System etwas Außergewöhnliches vor sich gehen musste, und spekulierten, dass es sich um eine Art planetarischen Überrest handeln könnte“, erläutert Gänsicke.

Um eine bessere Vorstellung von den Eigenschaften dieses ungewöhnlichen Sterns mit dem Namen „WDJ0914+1914“ zu bekommen, analysierte das Team ihn mit dem X-Shooter-Instrument des VLT in der chilenischen Atacama-Wüste. „Diese Folgebeobachtungen bestätigten die Anwesenheit von Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel nahe des Weißen Zwerges“, berichtet die ESO-Pressemitteilung. Bei der Analyse der Details in den Spektren entdeckte die Wissenschaftler dann, dass sich diese Elemente in einer Scheibe aus Gas befinden, die auf den Weißen Zwerg einfällt und nicht vom Stern selbst kommt.

„Es dauerte einige Wochen, bis wir herausfanden, dass der einzige Weg, eine solche Scheibe zu erzeugen, das Verdampfen eines riesigen Planeten ist“, sagte Dr. Matthias Schreiber von der Universität Valparaiso in Chile, der die vergangene und zukünftige Entwicklung dieses Systems berechnete.

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Die nachgewiesenen Mengen an Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel ähneln demnach denen in den tiefen atmosphärischen Schichten von eisigen, riesigen Planeten wie Neptun und Uranus. „Befände sich die Bahn eines solchen Planeten in der Nähe eines heißen Weißen Zwerges, würde die extreme ultraviolette Strahlung des Sterns seine äußeren Schichten abstreifen“, erläutert die Astronomen. „Ein Teil dieses abgetragenen Gases würde sich zu einer Scheibe verwirbeln, die ihrerseits auf den Weißen Zwerg fällt. Das ist es, was Wissenschaftler um WDJ0914+1914 herum sehen: der erste verdampfende Planet, der einen Weißen Zwerg umkreist.“

Durch die Kombination von Beobachtungsdaten mit theoretischen Modellen konnte die Gruppe von Astronomen aus Großbritannien, Chile und Deutschland dann ein klareres Bild von diesem einzigartigen System zeichnen: „Der Weiße Zwerg ist klein und mit 28 000 Grad Celsius (fünfmal so hoch wie die Temperatur der Sonne) extrem heiß. Im Gegensatz dazu ist der Planet eisig und groß – mindestens doppelt so groß wie der Stern. Da er den heißen Weißen Zwerg aus nächster Nähe umkreist und ihn in nur 10 Tagen umrundet, blasen die hochenergetischen Photonen des Sterns allmählich die Atmosphäre des Planeten davon. Der größte Teil des Gases entweicht, aber ein Teil wird in eine Scheibe gezogen, die mit einer Rate von 3.000 Tonnen pro Sekunde in den Stern strömt. Es ist diese Scheibe, die den sonst verborgenen neptunähnlichen Planeten sichtbar macht. (…) Nach Angaben der Forscher umkreist der Exoplanet seinen Weißen Zwerg in einer Entfernung von nur 10 Millionen Kilometern oder dem 15-fachen Sonnenradius. Der Planet hätte sich daher inmitten des Roten Riesen befinden müssen. Die ungewöhnliche Position des Planeten legt nahe, dass sich der Planet irgendwann, nachdem der Wirtsstern zu einem Weißen Zwerg geworden ist, näher an ihn herangearbeitet hat. Die Astronomen sind der Ansicht, dass diese neue Umlaufbahn das Ergebnis von gravitativen Wechselwirkungen mit anderen Planeten im System sein könnte, was bedeutet, dass mehr als ein Planet den gewaltsamen Übergang seines Wirtssterns überlebt haben könnte.“

Es sei das erste Mal, dass die Mengen an Gasen wie Sauerstoff und Schwefel in der Scheibe gemessen werden konnten, woraus sich Hinweise auf die Zusammensetzung von Exoplaneten-Atmosphären ableiten lassen. Die Entdeckung eröffne zudem einen neuen Einblick auf das endgültige Schicksal derartiger Planetensysteme.

Hintergrund
Sterne wie unsere Sonne verbrennen den größten Teil ihres Lebens lang Wasserstoff in ihren Kernen. Sobald ihnen dieser Treibstoff ausgeht, blähen sie sich zunächst zu sogenannten Roten Riesen auf, werden dabei hundertmal größer und verschlingen ihre einst inneren Planeten. Im Falle unseres eigenen Sonnensystems gehören dazu Merkur, Venus und sogar die Erde, die alle von der Rote-Riesen-Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren verschlungen werden.

Schließlich verlieren sonnenähnliche Sterne ihre äußeren Schichten und hinterlassen nur noch einen ausgebrannten Kern, den sogenannten Weißen Zwerg. Solche stellaren Überreste können noch Planeten beherbergen, und man vermutet, dass viele dieser Sternensysteme in unserer Galaxie existieren. Bislang hatten Wissenschaftler jedoch noch nie Beweise für einen überlebenden Riesenplaneten um einen Weißen Zwerg gefunden. Der Nachweis eines Exoplaneten im Orbit um „WDJ0914+1914“, der sich etwa 1.500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Krebs befindet, könnte der erste von vielen solcher Sterne sein.

Bis vor kurzem dachten nur sehr wenige Astronomen über das Schicksal von Planeten nach, die sterbende Sterne umkreisen. Diese Entdeckung eines Planeten, der sich um einen ausgebrannten Sternenkern dreht, zeigt eindrucksvoll, dass das Universum unseren Geist immer wieder herausfordert, über unsere etablierten Ideen hinauszugehen“, so Gänsicke abschließend.

Quelle: ESO

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