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Astronomie+Physik

Relikt eines zerstörten Planeten

Weißer Zwerg
Planetenrest in der Trümmerscheibe um einen Weißen Zwerg (Illustration) (Bild: University of Warwick/Mark Garlick)

In rund fünf Milliarden Jahren wird unsere Sonne das Ende ihres Lebenszyklus erreicht haben. Einen Vorgeschmack dessen, was dann der Erde und den anderen inneren Planeten des Sonnensystems blüht, haben nun Astronomen im Weltall beobachtet. Versteckt in der Trümmerscheibe um einen 410 Lichtjahre entfernten Weißen Zwerg entdeckten sie einen größeren, fester Himmelskörper. Das Spannende daran: Trotz seines geringen Abstands zum Weißen Zwerg wurde dieser Brocken nicht von dessen Schwerkraft zerrissen. Die Forscher vermuten daher, dass es sich um den eisenhaltigen Kern eines früheren Planeten handelt.

Weiße Zwerge sind extrem dichte Relikte toter Sterne. Sie entstehen, wenn ein sonnenähnlicher Stern das Ende seines Lebenszyklus erreicht hat. Der Stern bläht sich dann zunächst zu einem Roten Riesen auf. „In unserem Sonnensystem wird sich die Sonne dabei bis zur Erdbahn ausdehnen und Merkur, Venus und Erde verschlingen“, erklärt Erstautor Christopher Manser von der University of Warwick. Was von diesen Planeten übrig bleibt, wird spätestens dann zerrissen, wenn der Rote Riese zu einem Weißen Zwerg kollabiert. Denn die enorme Schwerkraft dieser dichten Sternenreste zieht alle Planetenüberbleibsel und Trümmer in seinem nahen Umfeld an und lässt sie im Laufe der Zeit auf seine Oberfläche stürzen. Von diesem zerstörerischen Prozess zeugen einige Weiße Zwerge mit Staub- und Trümmerringen, die Astronomen in den letzten Jahren entdeckt haben.

Spektroskopischer Blick in die Trümmerscheibe

Doch was sich in diesen Trümmerscheiben um Weiße Zwerge verbirgt und ob darin vielleicht noch Planeten oder Planetenreste vorhanden sind, ließ sich bisher kaum feststellen. Nur in einem Fall gelang es Astronomen bisher, anhand von Schwankungen in der Lichtkurve des Weißen Zwergs WD 1145+017, auf die Präsenz eines Planeten in seinem Staubring zu schließen. Ein solcher Nachweis über die Transitmethode funktioniert jedoch nur wenn der Planetenrest relativ nah und genau vor dem Weißen Zwerg vorüberzieht. Jetzt jedoch haben Manser und sein Team eine Methode entwickelt, die Planetenreste auch ohne eine solche günstige Konstellation aufspüren kann. Dafür analysierten sie die spektralen Signaturen, die Gas und Staub der Trümmerscheiben im Licht des Weißen Zwergs hinterlassen.

Um diese Methode zu testen, haben Manser und seine Kollegen den 410 Lichtjahre entfernten Weißen Zwerg SDSS J122859.93+104032.9 ins spektrale Visier genommen. Von ihm war bereits bekannt, dass er einen Staubring besitzt, nicht aber näheres zu dessen Zusammensetzung. Die Forscher analysierten daher das Spektrum des Zwergs nun mithilfe des 10,4-Meter-Teleskops Gran Telescopio Canarias in La Palma. Ihre Beobachtungen lieferten zunächst nähere Informationen über diesen Weißen Zwerg: „Der Stern umfasste ursprünglich rund zwei Sonnenmassen, aber jetzt hat der Weiße Zwerg nur noch rund 70 Prozent der Masse unserer Sonne“, berichtet Manser. „Er ist zudem sehr klein – er hat ungefähr Erdgröße.“ Wegen seiner hohen Dichte ist die Schwerkraft dieses Weißen Zwergs jedoch rund 100.000 Mal stärker als die der Erde.

Planetenkern aus Eisen

Besonders spannend aber ist das, was die Spektraldaten über das Innenleben des Staubrings verraten haben: Aus der unregelmäßigen Verteilung der spektralen Signale schließen die Astronomen, dass sich dort ein Planetenrest verbergen muss. Dieser benötigt offenbar nur rund 123 Minuten für eine Umkreisung des Weißen Zwergs. „Das Planetesimal, das wir entdeckt haben, kreist demnach tief in der Schwerkraftsenke des Weißen Zwergs – in dieser Nähe hätten wir nichts Größeres mehr erwartet“, sagt Mansers Kollege Boris Gaensicke. Normalerweise müssten alle größeren Brocken in dieser geringen Entfernung zum Sternenrest längst zerrissen worden sein. „Dieses Objekt muss daher entweder sehr dicht sein oder aber einen großen inneren Zusammenhalt besitzen“, erklärt Gaensicke. „Wir vermuten daher, dass es größtenteils aus Eisen und Nickel besteht.“

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Was aber ist der Ursprung dieses metallischen Brockens? Die Astronomen gehen davon aus, dass es sich um ein Fragment eines Planetenkerns handelt. Denn ähnlich wie die Erde besitzen die meisten Planeten einen eisenreichen metallischen Kern. Er entsteht, weil in der Frühzeit der Planetenbildung die schwereren Elemente in den Kern absinken. Der jetzt entdeckte Begleiter von SDSS J122859.93+104032.9 könnte damit das Relikt eines zerstörten Planeten sein. „Wenn das korrekt ist, dann könnte der ursprüngliche Himmelskörper einen Durchmesser von mindestens einigen hundert Kilometern gehabt haben, denn erst ab diesem Punkt beginnen Planeten sich zu differenzieren“, erklärt Manser. Dies sei das erste Mal, dass ein solcher Planetenrest im Orbit eines Weißen Zwergs mithilfe der Spektroskopie aufgespürt wurde.

Nach Ansicht der Forscher eröffnet ihre Methode eine Chance, mehr über das Ende von Planetensystemen und das Umfeld von Weißen Zwergen zu erfahren. „Wir kennen bereits einige weitere Systeme mit Trümmerscheiben ganz ähnlich wie bei SDSS J122859.93+104032.9 – die wollen wir nun als nächstes untersuchen“, sagt Manser. „Wir sind zuversichtlich, dass wir dabei noch weitere Planetesimale um Weiße Zwerge entdecken werden.“

Quelle: Christopher Manser (University of Warwick, Coventry) et al., Science, doi: 10.1126/science.aat5330

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