Eine Illustration, die ein Planetesimal zeigt, das einen Weißen Zwerg umkreist.(Bildnachweis: Steven Burrows/Madigan Group)
Astronomen haben vielleicht endlich das Rätsel gelöst, wie superdichte tote Sterne, Weiße Zwerge genannt, ihre Schwermetallhüllen frisch halten – indem sie die Reste ihrer Planetensysteme ausschlachten.
Unsere Sonne wird sich in etwa fünf Milliarden Jahren in einen Weißen Zwerg verwandeln, nachdem ihr der Wasserstoff ausgegangen ist, der die Kernfusion in ihrem Kern antreibt. Die neuen Forschungen können uns daher einen Hinweis darauf geben, was mit dem Rest des Sonnensystems geschehen könnte, nachdem diese Umwandlung stattgefunden hat.
Weiße Zwerge entstehen, wenn Sterne wie die Sonne sterben und dabei stellare Überreste mit einer Masse in der Größenordnung der Sonne und einer Breite in der Größenordnung der Erde hinterlassen. Sie sind die häufigsten Sterne in der Milchstraße und machen 97 % der stellaren Körper aus. Doch trotz ihrer Häufigkeit in unserer Galaxie stellt die chemische Zusammensetzung der Weißen Zwerge ein Rätsel dar. Das liegt daran, dass die Oberflächen dieser Sternüberreste mit Elementen geschmückt sind, die schwerer als Helium sind und von Astronomen als „Metalle“ bezeichnet werden.
Nun hat ein Team von Wissenschaftlern entdeckt, dass schwerere Metalle wie Silizium, Magnesium und Kalzium ihren Weg auf die Oberfläche Weißer Zwerge finden, wenn diese Zombie-Sterne kleine Gesteinskörper wie Kometen und Asteroiden verschlingen, die sie umkreisen. Die Forscher haben auch den Mechanismus identifiziert, mit dem sich Weiße Zwerge durch die Akkretion von Planetesimalen ernähren.
„Die große Mehrheit der Planeten im Universum wird am Ende einen Weißen Zwerg umkreisen“, sagte Ann-Marie Madigan, Professorin für Astrophysik und Planetenwissenschaften an der University of Colorado Boulder, in einer Erklärung. „Es könnte sein, dass 50 % dieser Systeme von ihrem Stern aufgefressen werden, einschließlich unseres eigenen Sonnensystems. Jetzt haben wir einen Mechanismus, um zu erklären, warum das passieren könnte“.
Inhaltsübersicht
Wie bleiben Weiße Zwerge schweres Metall?
Die anfängliche Entdeckung von Schwermetallen auf der Oberfläche von Weißen Zwergen war verblüffend. Denn durch den Kollaps dieser Sterne, wenn sie sich von Hauptreihensternen in Weiße Zwerge verwandeln, sollten Schwermetalle in das Innere dieser stellaren Überreste sinken.
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„Wir wissen, dass, wenn diese Schwermetalle auf der Oberfläche des Weißen Zwerges vorhanden sind, der Weiße Zwerg dicht genug ist, dass diese Schwermetalle sehr schnell in Richtung des Kerns sinken sollten“, sagte Tatsuya Akiba, ein Doktorand an der Universität von Colorado. „Man sollte also keine Metalle auf der Oberfläche eines Weißen Zwergs sehen, es sei denn, der Weiße Zwerg frisst aktiv etwas.“
Das wirft eine Frage auf: Wie ernähren sich diese Zombie-Sterne von ihrer Umgebung, so dass an ihrer Oberfläche ständig Schwermetalle nachgeliefert werden?
Illustration des magnetischen Weißen Zwerges WD 0816-310, auf dessen Oberfläche Astronomen eine Narbe gefunden haben, die auf die Aufnahme von Planetentrümmern zurückzuführen ist. (Bildnachweis: ESO/L. Calçada)
Um dies zu untersuchen, erstellte das Team Computersimulationen, die einen Weißen Zwerg nachstellten, der den „Geburtskick“ erhält, den diese Überreste während ihrer Entstehung durch den Verlust von Material in einer bevorzugten Richtung erhalten. Dadurch ändern sich die Bewegung des Weißen Zwerges und die Dynamik des ihn umgebenden Materials.
„Simulationen helfen uns, die Dynamik verschiedener astrophysikalischer Objekte zu verstehen“, so Akiba. „In dieser Simulation werfen wir also eine Reihe von Asteroiden und Kometen um den Weißen Zwerg, der wesentlich größer ist, und sehen, wie sich die Simulation entwickelt und welche dieser Asteroiden und Kometen der Weiße Zwerg frisst.“
In 80 % der Tests des Teams veränderte der pränatale Kick des Weißen Zwerges die Bahnen von Asteroiden und Kometen bis zu einer Entfernung, die 240 Mal so groß ist wie die Entfernung zwischen Erde und Sonne. Diese veränderten Bahnen wurden länglicher und richteten sich stärker aneinander aus. Sie fanden auch heraus, dass 40 % der Planeten, die von einem Weißen Zwerg verschlungen wurden, retrograde Bahnen hatten, d. h. sie umkreisten den stellaren Überrest in einer Richtung, die seiner Rotation entgegengesetzt war.
Das Team ließ die Simulation 100 Millionen Jahre lang laufen und stellte fest, dass die Planetesimale in der Nähe des Weißen Zwerges, in Entfernungen, die etwa dem 30-fachen des Abstands zwischen Erde und Sonne entsprechen – das entspricht in etwa der Bahnentfernung des Neptun -, auf verlängerten Bahnen blieben und sich als Einheit zu bewegen begannen.
„Das ist meiner Meinung nach das Einzigartige an unserer Theorie: Wir können erklären, warum die Akkretionsereignisse so lange dauern“, sagte Madigan. „Während andere Mechanismen ein ursprüngliches Akkretionsereignis erklären können, zeigen unsere Simulationen mit dem Kick, warum es noch Hunderte von Millionen Jahren später passiert.“
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Schwermetalle auf der Oberfläche von Weißen Zwergen zu finden sind, weil diese Zombie-Sterne, wie untote Kreaturen aus einem George Romero-Film, sich geistlos vorwärts bewegen und ständig alles verzehren, was sich ihnen in den Weg stellt.
In Zukunft hofft das Team, den Maßstab ihrer Simulation zu vergrößern, um zu sehen, was passiert, wenn Objekte, die größer als Kometen und Asteroiden sind, wie Planeten, mit Weißen Zwergen interagieren.
Bis dahin zeigen diese Ergebnisse, was um die häufigsten Sterne in der Milchstraße vor sich geht, und dienen als Kristallkugel, um einen Blick auf die Zukunft des Sonnensystems zu werfen.
„Planetesimale können uns Einblicke in andere Sonnensysteme und Planetenzusammensetzungen jenseits unserer Sonnenregion geben“, schloss McIntyre. „Weiße Zwerge sind nicht nur eine Linse in die Vergangenheit. Sie sind auch eine Art Linse in die Zukunft.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden letzten Monat in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
