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Eine Illustration zeigt eine jupiterähnliche Welt, die einen toten Zwergstern umkreist.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Das James Webb Space Telescope (JWST) hat bereits bewiesen, dass es in die Vergangenheit blicken kann, indem es Objekte in enormen Entfernungen abbildet, aber ein neuer Durchbruch könnte dazu führen, dass das leistungsstarke Instrument fast wie eine wissenschaftliche Kristallkugel in die ferne Zukunft des Sonnensystems blickt.

Das JWST hat seine Vorhersage getroffen, als es eine seltene direkte Beobachtung von zwei extrasolaren Planeten oder „Exoplaneten“ ermöglichte, die zwei verschiedene tote Sterne oder „Weiße Zwerge“ umkreisen.

Die Planeten ähneln nicht nur stark den Gasriesen Jupiter und Saturn des Sonnensystems, sondern die Weißen Zwerge dienen auch als Analogie zum Schicksal der Sonne. Wenn sich die Sonne selbst in einen Weißen Zwerg verwandelt, wird diese Veränderung wahrscheinlich die inneren Planeten des Sonnensystems zerstören – bis hin zum Jupiter.

„Es wurden nur sehr wenige Planeten um weiße Zwergsterne entdeckt. Das Außergewöhnliche an diesen beiden Planetenkandidaten ist, dass sie in Bezug auf Temperatur, Alter, Masse und Bahnabstand den Planeten in unserem äußeren Sonnensystem ähnlicher sind als alle bisher gefundenen Planeten“, sagte Susan Mullaly, Hauptautorin der Studie, die noch nicht von Fachleuten begutachtet wurde, und Astronomin am Space Telescope Science Institute, gegenüber kosmischeweiten.de. „Dies bietet uns die erste Chance zu sehen, wie ein Planetensystem nach dem Tod seines Sterns aussieht.“

Eine Momentaufnahme unserer Zukunft

Die Planetenkandidaten wurden direkt mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) des JWST beobachtet, während sie die Weißen Zwerge WD 1202-232 und WD 2105-82 umkreisen. Ein Exoplaneten-Kandidat befindet sich in einer Entfernung von seinem Weißen Zwerg, die etwa dem 11,5-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. Der andere Kandidat befindet sich weiter entfernt von seinem toten stellaren Elternteil, in einer Entfernung, die etwa dem 34,5-fachen Abstand zwischen unserem Planeten und unserem Stern entspricht.

Mullaly und Kollegen schätzen, dass sie zwischen dem 1- und 7-fachen der Masse des Jupiters, des massivsten Planeten im Sonnensystem, liegen.

Wenn die Sonne in etwa 5 Milliarden Jahren ihren Brennstoffvorrat für die in ihrem Kern stattfindenden Kernfusionsprozesse erschöpft hat, wird sie zu einem Roten Riesen anschwellen. Die Kernfusion wird jedoch in ihren äußeren Schichten weitergehen. Diese äußeren Schichten unseres Sterns werden sich bis zum Mars erstrecken und Merkur, Venus, Erde und möglicherweise den Roten Planeten selbst verschlingen. Schließlich werden diese äußeren Schichten abkühlen und einen schwelenden Sternkern hinterlassen, der jetzt ein Weißer Zwerg ist und von einem planetarischen Nebel aus verbrauchter Sternmaterie umgeben ist.

Diese Entdeckungen von Exoplaneten geben jedoch einen Hinweis darauf, was mit den Planeten jenseits des Mars, den Gasriesen Jupiter und Saturn, geschehen könnte, wenn die Sonne stirbt.

„Unsere Sonne wird sich voraussichtlich in 5 Milliarden Jahren in einen weißen Zwergstern verwandeln“, so Mullaly. „Wir gehen davon aus, dass die Planeten nach dem Tod eines Sterns in weitere Umlaufbahnen abdriften. Wenn man also die Uhr bei diesen Kandidatenplaneten zurückdreht, würde man erwarten, dass sie ähnliche Bahnabstände wie Jupiter und Saturn haben.

„Wenn wir in der Lage sind, diese Planeten zu bestätigen, werden sie den direkten Beweis liefern, dass Planeten wie Jupiter und Saturn den Tod ihres Wirtssterns überleben können.“

Die beiden Exoplaneten, die das JWST-Instrument MIRI um ihre weißen Zwergsterne beobachtet hat. (Bildnachweis: Mulaney, et al, 2024)

Die Weißen Zwerge, die im Mittelpunkt dieser Entdeckung stehen, sind außerdem mit Elementen verunreinigt, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind und von den Astronomen als „Metalle“ bezeichnet werden. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, was mit den Körpern im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter geschehen wird, wenn die Sonne stirbt.

„Wir vermuten, dass die Riesenplaneten die Metallverschmutzung verursachen, indem sie Kometen und Asteroiden auf die Oberfläche der Sterne treiben“, erklärt Mullaly. „Die Existenz dieser Planeten stärkt die Verbindung zwischen der Metallverschmutzung und den Planeten. Da 25 bis 50 % der Weißen Zwerge diese Art von Verschmutzung aufweisen, bedeutet dies, dass Riesenplaneten in der Umgebung von Weißen Zwergsternen häufig sind.“

Als solche könnten Asteroiden, die den Tod der Sonne überleben, von Jupiter und Saturn auf ihren Leichnam geschleudert werden.

Die doppelte Entdeckung ist nicht nur beeindruckend, was sie für die Zukunft unseres Planetensystems voraussagt – sie stellt auch einfach eine seltene wissenschaftliche Leistung dar.

Eine seltene direkte Entdeckung eines Exoplaneten

Seit der Entdeckung der ersten Exoplaneten Mitte der 1990er Jahre haben Astronomen etwa 5.000 Welten entdeckt, die um Sterne außerhalb des Sonnensystems kreisen. Nach Angaben der Planetary Society wurden bis April 2020 nur 50 dieser Exoplaneten durch direkte Bildgebung entdeckt.

Das liegt daran, dass das Licht eines Planeten in so großen Entfernungen in der Regel von dem intensiven Licht des Muttersterns des Planeten überwältigt wird, so dass die direkte Beobachtung eines Exoplaneten der Beobachtung eines Glühwürmchens gleicht, das auf der Lampe eines Leuchtturms sitzt.

Daher werden Exoplaneten in der Regel an der Wirkung erkannt, die sie auf das Licht ihres Sterns haben, indem sie entweder einen Abfall der Lichtleistung verursachen, wenn sie die Oberfläche des Sterns kreuzen oder „durchqueren“, oder durch eine „Taumelbewegung“, die entsteht, wenn der Planet durch seine Schwerkraft an dem Stern zerrt.

„Wir haben diese beiden Exoplaneten direkt abgebildet, das heißt, wir haben ihr Bild aufgenommen und sehen das Licht, das der Planet selbst erzeugt“, sagte Mullaly. „Die meisten bisher entdeckten Exoplaneten wurden mit der Transitmethode oder durch Messung der Bewegung des Sterns gefunden. Diese indirekten Methoden bevorzugen Planeten, die sich viel näher am Stern befinden. Die direkte Bildgebung ist besser geeignet, um Planeten zu finden, die weiter vom Stern entfernt sind, mit größeren Bahnabständen.“

Sie erklärte, dass das JWST durch die direkte Entdeckung dieser Planeten die Möglichkeit eröffnet hat, diese Welten weiter zu untersuchen; Wissenschaftler können nun damit beginnen, Dinge wie die Zusammensetzung der Atmosphären der Planeten zu untersuchen und ihre Massen und Temperaturen direkt zu messen.

Mullaly fügte hinzu, dass nicht alles, was sie und ihr Team über diese Exoplaneten entdeckten, erwartet wurde, und dass diese Eigenheiten das Denken der Astronomen über solche Exoplaneten im Allgemeinen verändern könnten.

Alternativ könnten die seltsamen Merkmale der anvisierten Welten verlockende Hinweise in Richtung der lange gesuchten Exomonen liefern.

„Wenn es sich um Planeten handelt, dann ist es überraschend, dass sie im mittleren Infrarot nicht so rot sind, wie wir es erwarten würden. Die von JWST gesammelte Lichtmenge bei 5 und 7 Mikrometern ist heller, als wir für beide Exoplaneten-Kandidaten angesichts ihres Alters und ihrer Helligkeit bei 15 Mikrometern erwarten würden“, so Mullaly. „Dies könnte unser Verständnis der Physik und Chemie von Exoplanetenatmosphären in Frage stellen.

„Oder vielleicht bedeutet es, dass es eine andere Lichtquelle gibt, wie einen erhitzten Mond, der den Planeten umkreist.“

Die Forschungsarbeit des Teams ist als Vorabdruck auf der Forschungsdatenbank arXiv verfügbar.