Wenn unsere Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren das Ende ihres Lebenszyklus erreicht, bedeutet dies das Ende für die Erde und alle Planeten im inneren Sonnensystem: Sie werden von der zum Roten Riesen expandierten Sonne verschlungen . Nach dem Ausstoßen seiner Hülle bleibt der ausgebrannte Überrest unseres Sterns als Weißer Zwerg zurück, der nur von den äußeren Planeten unseres Systems umkreist wird. Der einzige Beweis für das Vorhandensein der inneren Planeten werden “Verunreinigungen” schwerer Elemente auf der Oberfläche des Weißen Zwergs sein. Wenn ein Stern zu einem Weißen Zwerg wird, können Trümmer von den Planeten überleben und dann nach und nach von den stellaren Überbleibseln verschluckt werden. © NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva
Zwei alte Weiße Zwerge im Blick
Solche Verunreinigungen in einem Weißen Zwerg sind nun Beweise für das älteste bekannte Planetensystem in unserer Galaxis. Astronomen unter der Leitung von Abbigail Elms von der University of Warwick entdeckten dies, als sie zwei sehr kühle Weiße Zwerge in der Region unseres Sonnensystems untersuchten. Die vom europäischen Satelliten Gaia entdeckten Sternenreste WDJ2147-4035 und WDJ1922+0233 sind 90 und 120 Lichtjahre von uns entfernt. Um das Alter und die Zusammensetzung der Weißen Zwerge weiter zu bestimmen, analysierten Elms und ihr Team ihr Lichtspektrum und die Signaturen der darin enthaltenen Elemente mit verschiedenen bodengestützten Teleskopen. Diese Daten zeigen, dass sich der leicht gerötete Sternüberrest WDJ2147-4035 aus einem Vorläuferstern mit einer Masse von etwa 2,5 Sonnenmassen gebildet hat und bereits 10,7 Milliarden Jahre alt ist. Der zweite, leicht bläuliche Weiße Zwerg WDJ1922+0233 war wahrscheinlich ein neun Milliarden Jahre alter Sternüberrest und entstand aus einem etwa sonnengroßen Stern. Das Gesamtalter ist jedoch aufgrund von Problemen bei der Schätzung der Menge noch unklar.
“Kontaminiert” durch planetaren Schutt
Das Wichtigste aber: Im Lichtspektrum beider Weißer Zwerge entdeckten Astronomen die Spektrallinien von Elementen, die schwerer als Helium und Wasserstoff sind – und damit Hinweise auf eine „Verunreinigung“ dieser Sternreste durch Trümmer anderer Himmelskörper. Elms und ihr Team entdeckten im größeren der beiden Zwerge die Elemente Natrium, Lithium, Kalium und Kohlenstoff. Damit ist er der älteste bekannte „verschmutzte“ Weiße Zwerg in der Galaxie. Aber woher kommt die Verschmutzung? Die Forscher schließen aus den Spektralanalysen, dass diese Elemente aus den Trümmern eines Planeten oder Planetensystems stammen müssen. Dieser überlebte wahrscheinlich die Expansion des Vorläufersterns in den Roten Riesen, wurde aber anschließend vom Weißen Zwerg zerstört und verschluckt. Wie die Astronomen erklären, ist WDJ2147-4035 der älteste Beweis für ein Planetensystem in unserer Galaxie. Die Art der von ihm verschlungenen Planetentrümmer ist bisher nur teilweise aufgeklärt. „Der rötlich-weiße Zwerg WDJ2147-4035 ist immer noch ein Rätsel, weil das Material, das er ansammelt, anders ist als alles, was wir aus unserem Sonnensystem kennen“, sagt Elms. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf.
Material ähnlich der kontinentalen Erdkruste
Auch der zweite Weiße Zwerg trägt Spuren alter Planetentrümmer in seiner Hülle – die sind aber viel einfacher zuzuordnen. Elms und ihr Team identifizierten Natrium-, Kalzium- und Kaliumsignaturen in seinem Spektrum. Aus ihren Proportionen schließen Astronomen, dass dieser Weiße Zwerg Material angezogen und verschlungen haben muss, das ungefähr der Zusammensetzung und Masse der kontinentalen Erdkruste entspricht. „Diese metallreichen Sternenreste bestätigen also, dass es da draußen noch andere Planetensysteme mit ähnlicher Zusammensetzung wie die Erde gibt“, sagt Elms. Trümmer in der Hülle dieses Weißen Zwergs könnten von einem kleinen erdähnlichen Planeten oder von mehreren Planetesimalen – größeren, protoplanetaren Brocken – stammen, berichten die Forscher. Sie vermuten, dass die letzten dieser Trümmer vor nur vier bis 15 Millionen Jahren in die Überreste des Sterns gefallen sind.
Ein Fenster in die Vergangenheit unserer Galaxie
Zusammen sind die beiden Weißen Zwerge die ältesten und kühlsten „verschmutzten“ Überbleibsel von Sternen – und die ältesten Zeugen früher Planetensysteme in unserer Galaxie. „Es ist erstaunlich, wenn man bedenkt, dass diese Systeme vor 10 Milliarden Jahren existierten und dass diese Planeten starben, bevor die Erde überhaupt entstand“, sagt Elms. Solche alten Weißen Zwerge öffnen also ein Fenster tief in die Vergangenheit unserer Galaxie. Und das sind keine Ausnahmen: Bei etwa einem Viertel aller bisher bekannten Weißen Zwerge haben Astronomen bereits Kontaminationen mit schweren Elementen nachgewiesen. Dies zeigt, wie viele Planeten und Planetensysteme in unserer Galaxie existiert haben und noch existieren. (Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, 2022; doi:10.1093/mnras/stac2908) Quelle: Universität Warwick 10. November 2022 – Nadja Podbregar
