Ein toter Stern, der dabei erwischt wurde, wie er das Planetensystem gewaltsam auseinanderriss

Unter den Trümmern auf der Oberfläche eines Weißen Zwergsterns wurden sowohl felsige als auch eisige Objekte identifiziert

„Nehmen Sie Ihre Toten heraus!“ Schleifen in der Luft im Filmklassiker „Monty Python und der Heilige Gral“, eine Parallelszene dessen, was um sie herum passiert[{“ attribute=““>white dwarf star in a nearby planetary system. The dead star is “ringing” its own bell, calling out to the “dead” to collect at its footsteps. The white dwarf is all that remains after a Sun-like star has exhausted its nuclear fuel and expelled most of its outer material – decimating objects in the planetary system that orbit it. What’s left is a band of players with unpredictable orbits that – despite protests that they “aren’t dead yet!” – will ultimately be captured by the central star.

How do we know? The bodies consumed by the star leave telltale “fingerprints” – caught by the Hubble Space Telescope and other NASA observatories – on its surface. The spectral evidence shows that the white dwarf is siphoning off both rocky-metallic and icy material – debris from both its system’s inner and outer reaches. Uncovering evidence of icy bodies is intriguing, since it implies that a “water reservoir” might be common on the edges of planetary systems, improving the chances for the emergence of life as we know it.

Der Schmerz des Todes eines Sterns hat das Planetensystem so heftig erschüttert, dass der zurückgelassene tote Stern, der als Weißer Zwerg bezeichnet wird, Trümmer sowohl von der inneren als auch von der äußeren Spitze des Systems abzieht. Dies ist das erste Mal, dass Astronomen einen weißen Zwergstern beobachten, der sowohl mineralisches als auch eisiges Gesteinsmaterial verbraucht, die die Bestandteile von Planeten sind. Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und anderer NASA-Observatorien waren für die Diagnose dieses Falls von kosmischem Kannibalismus unerlässlich. Die Ergebnisse helfen dabei, die gewalttätige Natur fortgeschrittener Planetensysteme zu beschreiben, und könnten Astronomen Aufschluss über die Zusammensetzung neu gebildeter Systeme geben. Kredit: Goddard Space Flight Center der NASA; Hauptproduzent: Paul Morris

Der tote Stern wurde dabei erwischt, wie er das Planetensystem zerriss

Der Schmerz des Todes eines Sterns hat das Planetensystem so heftig erschüttert, dass der zurückgelassene tote Stern, der als Weißer Zwerg bezeichnet wird, Trümmer sowohl von der inneren als auch von der äußeren Spitze des Systems abzieht. Dies ist das erste Mal, dass Astronomen einen weißen Zwergstern beobachten, der sowohl mineralisches als auch eisiges Gesteinsmaterial verbraucht, die die Bestandteile von Planeten sind.

Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und anderer NASA-Observatorien waren für die Diagnose dieses Falls von kosmischem Kannibalismus unerlässlich. Die Ergebnisse helfen dabei, die gewalttätige Natur fortgeschrittener Planetensysteme zu beschreiben, und könnten Astronomen Aufschluss über die Zusammensetzung neu gebildeter Systeme geben.

Die Ergebnisse basieren auf der Analyse von Material, das von der Atmosphäre des nahen Weißen Zwergsterns G238-44 eingefangen wurde. Ein Weißer Zwerg ist das, was von einem Stern wie unserer Sonne übrig bleibt, nachdem er seine äußeren Schichten abgestreift hat und aufhört, Brennstoff durch Kernfusion zu verbrennen. „Wir haben noch nie gesehen, dass sich diese beiden Arten von Körpern gleichzeitig auf einem Weißen Zwerg angesammelt haben“, sagte Ted Johnson, leitender Forscher und frischgebackener Absolvent der University of California, Los Angeles (UCLA). „Durch die Untersuchung dieser Weißen Zwerge erhoffen wir uns ein besseres Verständnis der noch intakten Planetensysteme.“

Diese Illustration des Planetensystems G238-44 zeichnet seine Zerstörung nach. Ein kleiner weißer Zwergstern steht im Mittelpunkt des Geschehens. Die extrem schwache Akkretionsscheibe besteht aus Stücken zerfetzter Körper, die auf den Weißen Zwerg fallen. Asteroiden und die verbleibenden Planetenkörper bilden ein Materialreservoir, das den Stern umgibt. Die größeren Gasriesenplaneten befinden sich möglicherweise noch im System. Viel weiter entfernt befindet sich ein Gürtel aus eisigen Körpern wie Kometen, die schließlich auch den toten Stern füttern. Bildnachweis: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Die Ergebnisse sind auch deshalb interessant, weil kleinen, eisigen Körpern zugeschrieben wird, dass sie die trockenen, felsigen Planeten in unserem Sonnensystem kollidieren und „bewässern“. Es wird angenommen, dass Kometen und Asteroiden vor Milliarden von Jahren Wasser zur Erde geliefert haben und so die Voraussetzungen für das Leben, wie wir es kennen, geschaffen haben. Die Zusammensetzung der beobachteten Körper, die auf den Weißen Zwerg regneten, deutet darauf hin, dass eisige Reservoirs unter Planetensystemen üblich sein könnten, sagte Johnson.

„Das Leben, wie wir es kennen, erfordert einen felsigen Planeten, der mit einer Vielzahl von Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff bedeckt ist“, sagte Benjamin Zuckerman, Professor und Co-Autor der UCLA. „Die Fülle an Elementen, die wir auf diesem Weißen Zwerg sehen, scheint einen Hauptkörper zu erfordern, der felsig und reich an Flüchtigkeit ist – das erste Beispiel, das wir unter Studien von Hunderten von Weißen Zwergen gefunden haben.“

Derby zerstören

Evolutionstheorien von Planetensystemen beschreiben den Übergang zwischen der Phase des Roten Riesensterns und der Phase des Weißen Zwergs als einen chaotischen Prozess. Ein Stern verliert schnell seine äußeren Schichten und die Umlaufbahnen seiner Planeten ändern sich dramatisch. Kleine Objekte wie Asteroiden und Zwergplaneten können sich in die Nähe von Riesenplaneten wagen und auf den Stern fallen. Diese Studie bestätigt das wahre Ausmaß dieser heftigen chaotischen Phase und zeigt, dass der Stern innerhalb von 100 Millionen Jahren nach dem Beginn der Phase des Weißen Zwergs in der Lage ist, gleichzeitig Material aus dem Asteroidengürtel und Kuipergürtel-ähnlichen Regionen einzufangen und zu verbrauchen.

Die geschätzte Gesamtmasse, die der Weiße Zwerg in dieser Studie verschlingt, darf nicht größer sein als die Masse eines Asteroiden oder eines kleinen Mondes. Während das Vorhandensein von mindestens zwei Objekten, die vom Weißen Zwerg verzehrt werden, nicht direkt gemessen wird, ist es wahrscheinlich, dass eines so reich an Mineralien ist wie ein Asteroid und das andere ein eisiges Objekt, ähnlich dem, was am Rande unseres Sonnensystems gefunden wird im Kuipergürtel.

Obwohl Astronomen mehr als 5.000 Exoplaneten klassifiziert haben, ist die Erde der einzige Planet, von dem wir etwas direktes Wissen über seinen inneren Aufbau haben. Der Kannibalismus von Weißen Zwergen bietet eine einzigartige Gelegenheit, Planeten auseinanderzubrechen und zu erfahren, woraus sie bestanden, als sie sich zum ersten Mal um den Stern bildeten.

Das Team maß unter anderem das Vorhandensein von Stickstoff, Sauerstoff, Magnesium, Silizium und Eisen. Die Entdeckung von Eisen in sehr großen Mengen ist ein Beweis für die Existenz der Metallkerne terrestrischer Planeten wie der Erde,[{“ attribute=““>Venus, Mars, and Mercury. Unexpectedly high nitrogen abundances led them to conclude the presence of icy bodies. “The best fit for our data was a nearly two-to-one mix of Mercury-like material and comet-like material, which is made up of ice and dust,” Johnson said. “Iron metal and nitrogen ice each suggest wildly different conditions of planetary formation. There is no known solar system object with so much of both.”

Death of a Planetary System

When a star like our Sun expands into a bloated red giant late in its life, it will shed mass by puffing off its outer layers. One consequence of this can be the gravitational scattering of small objects like asteroids, comets, and moons by any remaining large planets. Like pinballs in an arcade game, the surviving objects can be thrown into highly eccentric orbits.

“After the red giant phase, the white dwarf star that remains is compact – no larger than Earth. The wayward planets end up getting very close to the star and experience powerful tidal forces that tear them apart, creating a gaseous and dusty disk that eventually falls onto the white dwarf’s surface,” Johnson explained.

The researchers are looking at the ultimate scenario for the Sun’s evolution, 5 billion years from now. Earth might be completely vaporized along with the inner planets. But the orbits of many of the asteroids in the main asteroid belt will be gravitationally perturbed by Jupiter and will eventually fall onto the white dwarf that the remnant Sun will become.

For over two years, the research group at UCLA, the University of California, San Diego, and the Kiel University in Germany, has worked to unravel this mystery by analyzing the elements detected on the white dwarf star cataloged as G238-44. Their analysis includes data from NASA’s retired Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), the Keck Observatory’s High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) in Hawaii, and the Hubble Space Telescope’s Cosmic Origins Spectrograph (COS) and Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).

The team’s results were presented at an American Astronomical Society (AAS) press conference on Wednesday, June 15, 2022.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.