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Astronomie+Physik

Planetenmerkmale im Licht alter Sterne

Künstlerische Darstellung eines Weißen Zwergs, der sich Gesteinsmaterial aus seinem Umfeld einverleibt. (Bild: Universität von Kalifornien, Los Angeles / Mark A. Garlick / markgarlick.com)

Geochemische Hinweise im Spiegel kosmischer Mahlzeiten: Weiße Zwerge können einiges über die Zusammensetzung von Planeten berichten, die sie einst verspeist haben, berichten Forscher. Demnach besitzen wohl viele ferne Gesteinsplaneten ähnlich stark oxidiertes Material wie die Erde. Dies hat eine wichtige Bedeutung für die Wahrscheinlichkeit, dass sie lebensfreundliche Bedingungen hervorbringen können, wie wir sie von unserem Planeten kennen, sagen die Wissenschaftler.

Es wimmelt da draußen von fernen Welten: Mittlerweile haben Planetenjäger Hunderte von Planeten erspäht, die allein um Sterne in unserer kosmischen Nachbarschaft kreisen. Bei einigen zeichnet sich auch klar ab, dass es sich um Gesteinsplaneten von erdähnlicher Größe handelt, die ihren Stern in einer Entfernung umrunden, die lebensfreundliche Bedingungen auf der Oberfläche ermöglichen könnte. Immer mehr rückt somit nun die Frage ins Zentrum, welche Merkmale diese Gesteinsplaneten besitzen.

Anhand der Signaturen des Lichts, das durch ihre Atmosphären schimmert, können Astronomen Hinweise auf die Zusammensetzung der Gasschichten gewinnen. Wie jedoch das Gestein dieser Planeten zusammengesetzt ist, bleibt weitgehend unklar. Die Forscher um Alexandra Doyle von der University of California, Los Angeles, präsentieren nun eine Methode, die Rückschlüsse auf die grundlegenden Merkmale der Geochemie der Gesteinsplaneten im Universum ermöglicht.

Weiße Zwerge im Visier

Den Wissenschaftlern zufolge spiegeln sich die Merkmale der kosmischen Gesteinsmaterialien in den spektralen Eigenschaften der Atmosphären von Weißen Zwergen wider. Bei diesen Himmelskörpern handelt es sich um sehr dichte, ausgebrannte Überreste von Sternen. Ihre starke Anziehungskraft führt dazu, dass schwere Elemente wie Eisen, Magnesium und Sauerstoff schnell in ihr Inneres sinken. Ihre Atmosphären müssten demnach ausschließlich aus den leichtesten Elementen Wasserstoff und Helium bestehen. Bei einigen ist das aber nicht der Fall: In ihren Lichtspektren zeichnet sich ab, dass es in ihren äußeren Schichten schwerere Elemente gibt. Man geht davon aus, dass sie von Gesteinsplaneten und Asteroiden stammen, die einst den Stern umkreisten und dann von ihm aufgenommen wurden. „Einen Weißen Zwerg zu beobachten, ist wie eine Autopsie des Inhalts dessen, was er sich aus seiner Umgebung einst einverleibt hat“, sagt Doyle.

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Gesteine von der Erde, vom Mars und vielen kleineren Himmelskörpern in unserem Sonnensystem haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung und enthalten einen charakteristisch hohen Gehalt an oxidiertem Eisen, sagen die Forscher. „Es war schon immer ein Rätsel, warum die Gesteine in unserem Sonnensystem so oxidiert sind – das ist nicht selbstverständlich“, sagt Co-Autor Young Edward Young. „Deshalb stand die Frage im Raum, inwieweit dies auch auf das Material in anderen Sternensystemen zutrifft“.

Erdähnliche Signaturen

Wie die Wissenschaftler berichten, zeichnete sich in den Analyseergebnissen der Strahlungsspektren der untersuchten Weißen Zwerge ab: Die Gesteinskörper, die einst die nun ausgebrannten Sterne umkreisten, besaßen ebenfalls einen hohen Gehalt an oxidiertem Eisen, ähnlich wie die Erde, der Mars und die Asteroiden in unserem Sonnensystem. „Wir haben festgestellt, dass die Gesteine bei allen untersuchten Systemen offenbar eine sehr ähnliche Geochemie aufwiesen“, resümiert Doyle. Ihr Kollege Young ergänzt: „Wir haben damit die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass es viele felsige Planeten wie die Erde im Universum gibt“.

Den Forschern zufolge hat die Oxidation eines felsigen Planeten einen erheblichen Einfluss auf seine Atmosphäre, seinen Kern und die Art der Gesteine, die er auf seiner Oberfläche bildet. „Wenn außerirdische Gesteine ähnliche Oxidations-Merkmale wie im Fall der Erde aufweisen, kann man schließen, dass Exoplaneten auch eine ähnliche Plattentektonik und ein ähnliches Potenzial für Magnetfelder entwickeln können. Und diese Merkmale gelten wiederum als Schlüsselkomponenten für lebensfreundliche Bedingungen“, sagt Co-Autorin Hilke Schlichting. Ihr Kollege Young führt fort: „Auch die Chemie, die sich auf der Erdoberfläche abspielt, lässt sich letztendlich auf die Oxidations-Merkmale des Planeten zurückführen. Somit sind unsere Ergebnisse letztlich ein gutes Zeichen für die Suche nach erdähnlichen Planeten im Universum“, sagt der Wissenschaftler.

Quelle: University of California – Los Angeles, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.aax3901

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