Illustration von zwei riesigen Doppelsternen, die trotz der gleichen Gaswolkenmutter nicht identisch sind (Bildnachweis: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)/M. Zamani)
Kurioserweise sind Doppelsterne, die aus der gleichen elterlichen Wolke aus kollabierendem Gas und Staub entstanden sind, nicht immer eineiige Zwillinge. Es ist sogar möglich, dass sie unterschiedliche Arten von Planeten besitzen. Aber warum sollte das so sein? Nun, Astronomen haben vielleicht endlich eine Antwort.
Obwohl wir dank der isolierten Lebensweise der Sonne an ein Einsternsystem gewöhnt sind, existieren schätzungsweise 85 % der Sterne mit einem stellaren Begleiter. Diese so genannten Doppelsterne sind aus derselben Gaswolke entstanden, was bedeutet, dass sie vermutlich dieselben chemischen Verbindungen aufweisen – und das bedeutet, dass sie eine fast identische chemische Zusammensetzung und die gleichen Arten von Planetensystemen haben sollten.
Doch das ist nicht immer der Fall.
Und mit Hilfe des Gemini-South-Teleskops in Nordchile hat ein Team von Wissenschaftlern herausgefunden, dass die Unterschiede zwischen Doppelsternen auf Variationen der chemischen Verbindungen in der riesigen Molekülwolke zurückzuführen sind, aus der sie entstehen. Mit Hilfe dieser Informationen konnte das Team zum ersten Mal bestätigen, dass die Unterschiede zwischen den Sternen bereits vor ihrer Entstehung entstanden sein können.
„Indem wir zum ersten Mal zeigen, dass primordiale Unterschiede tatsächlich vorhanden und für Unterschiede zwischen Zwillingssternen verantwortlich sind, zeigen wir, dass die Stern- und Planetenbildung komplexer sein könnte als ursprünglich angenommen“, sagte Carlos Saffe, Teamleiter und Forscher am Institut für Astronomie, Erd- und Weltraumwissenschaften (ICATE-CONICET), in einer Erklärung.
„Das Universum liebt die Vielfalt!“
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Wann beginnen sich Zwillingssterne zu unterscheiden?
Vor dieser Studie hatten Wissenschaftler drei mögliche Erklärungen dafür, warum sich Sterne, die aus derselben Wolke geboren wurden, unterscheiden können. Zwei dieser Theorien besagen, dass sich die Sterne lange nach ihrer Entstehung verändert haben.
Eine Idee besagt, dass die zufällige thermische Bewegung der Atome in den Doppelsternen zu einem Prozess namens „atomare Diffusion“ führen könnte, der dazu führt, dass sich die Atome in Gradientenschichten absetzen, ein Prozess, der von der Temperatur und der Oberflächengravitation des jeweiligen Sterns bestimmt wird. Bei Sternen in Doppelsternen mit unterschiedlichen Massen und Temperaturen würde dies die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung zwischen den Sternen erklären. Alternativ könnte ein Stern in einem Doppelsternsystem einen der ihn umkreisenden Gesteinsplaneten verschlucken und so einige der chemischen Elemente des Planeten übernehmen, was zu einer Variation der chemischen Zusammensetzung führt.
Eine andere Möglichkeit ist jedoch, dass Variationen in der Zusammensetzung eines Sterns aus ursprünglichen Regionen mit chemischer Nichtübereinstimmung in der riesigen Molekülwolke resultieren, aus der schließlich die Doppelsterne entstehen.
Wissenschaftler haben bisher festgestellt, dass alle diese Erklärungen möglich sind; ihre Studien konzentrierten sich auf Sterne in ihrer Hauptreihen-Lebenszeit. Dies ist der Zeitraum, in dem Sterne wie die Sonne in ihren Kernen Wasserstoff in Helium umwandeln, und dieser Zeitraum macht den größten Teil der Lebenszeit eines Sterns aus.
Um diese verschiedenen Erklärungen für die Eigenschaften der Veränderlichen zu bewerten, untersuchten Saffe und Kollegen mit dem neuen Gemini High-Resolution Optical Spectrograph (GHOST) die verschiedenen Wellenlängen des Lichts, die als „Spektren“ bezeichnet werden, von zwei Riesensternen in einem Doppelsternsystem namens HD 138202+CD-30 12303, das etwa 1 720 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
„Die extrem hochwertigen Spektren von GHOST boten eine noch nie dagewesene Auflösung, die es uns ermöglichte, die stellaren Parameter und chemischen Häufigkeiten der Sterne mit der höchstmöglichen Präzision zu messen“, so Saffe.
Weite Gaswolken wie diese in der Sternentstehungsregion Westerhout 40 könnten chemische Variationen aufweisen, die Doppelsterne mit unterschiedlichen Eigenschaften hervorbringen. (Bildnachweis: ESA / SPIRE / PACS / P. André (CEA Saclay))
Das Team fand heraus, dass die Sterne von HD 138202+CD-30 12303 tiefe und turbulente äußere Schichten aufweisen, die als „konvektive Zonen“ bezeichnet werden, was es ihnen ermöglichte, zwei der möglichen Theorien auszuschließen. Die Tatsache, dass es sich um dicke äußere Schichten handelt, bedeutet, dass der Einschluss eines Planeten einen großen Einfluss auf die Zusammensetzung des Sterns haben würde, da das aufgenommene Material schnell verdünnt würde.
Damit bleibt die ursprüngliche Differenztheorie.
„Dies ist das erste Mal, dass Astronomen bestätigen konnten, dass die Unterschiede zwischen Doppelsternen bereits in den frühesten Stadien ihrer Entstehung beginnen“, so Saffe.
Die Forschung des Teams enthüllt nicht nur die Geheimnisse der Variation von Doppelsternen, sondern hat auch Auswirkungen auf die Frage, warum diese Himmelskörper manchmal mit so unterschiedlichen Planetensystemen gesehen werden, wobei verschiedene Sterne die Planetenentwicklung um sie herum auf unterschiedliche Weise beeinflussen.
„Unterschiedliche Planetensysteme könnten sehr unterschiedliche Planeten bedeuten – felsig, erdähnlich, Eisriesen, Gasriesen – die ihre Wirtssterne in unterschiedlichen Entfernungen umkreisen und bei denen das Potenzial, Leben zu beherbergen, sehr unterschiedlich sein könnte“, sagte Saffe.
Dadurch, dass die Ergebnisse zeigen, dass Sterne mit unterschiedlicher Chemie mit Sicherheit aus denselben Gaswolken stammen können, könnten sie die Astronomen auch dazu veranlassen, die Art und Weise zu überdenken, in der sie den Ursprung von Sternen anhand ihrer chemischen Zusammensetzung bestimmen.
Wissenschaftler müssen möglicherweise auch ihr Verständnis von Sternen überdenken, von denen man bisher annahm, dass sie einen sie umkreisenden Planeten verschlungen haben, da Anzeichen dieses gewalttätigen Prozesses auf der Oberfläche von Sternkörpern in Wirklichkeit nur ein Ergebnis der Entstehung eines Sterns sein können.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (29. April) in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics Letters veröffentlicht.
