Antike Relikte: Astronomen haben die ältesten Planetenreste in der Milchstraße entdeckt, von Planetensystemen, die mehr als 10 Milliarden Jahre alt sind. Gesteinsreste und Eisbrocken finden sich in den Schalen zweier Weißer Zwerge, die 90 und 120 Lichtjahre entfernt sind. Ihre Planetensysteme mussten den Daten zufolge zunächst die Verwandlung von Sternen in Rote Riesen und Weiße Zwerge überstehen, brachen dann aber auseinander.
Wenn unsere Sonne in etwa fünf Milliarden Jahren das Ende ihres Lebenszyklus erreicht, bedeutet das 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 die “Verunreinigungen” schwerer Elemente auf der Oberfläche des Weißen Zwergs sein.
Wenn ein Stern zu einem Weißen Zwerg wird, können die Überreste der Planeten überleben und dann allmählich von den stellaren Überresten verschlungen werden. © NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva
Zwei alte Weiße Zwerge in Sicht
Diese Verunreinigungen in einem Weißen Zwerg haben nun Hinweise auf das älteste bekannte Planetensystem in unserer Milchstraße geliefert. Astronomen unter der Leitung von Abbigail Elms von der University of Warwick entdeckten es, als sie zwei sehr kühle Weiße Zwerge in der Nähe unseres Sonnensystems untersuchten. Die vom europäischen Gaia-Satelliten entdeckten Sternenreste WDJ2147-4035 und WDJ1922+0233 befinden sich 90 und 120 Lichtjahre von uns entfernt.
Um das Alter und die Zusammensetzung der Weißen Zwerge weiter zu bestimmen, analysierten Elms und sein Team ihr Lichtspektrum und die Signaturen der darin enthaltenen Elemente mit mehreren bodengestützten Teleskopen. Diese Daten zeigen, dass sich der leicht rötliche 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, etwas blauere Weiße Zwerg WDJ1922+0233 ist wahrscheinlich seit neun Milliarden Jahren ein Überrest eines Sterns und hat sich aus einem etwa sonnengroßen Stern gebildet. Ihr Gesamtalter ist jedoch aufgrund von Problemen bei der Schätzung der Menge noch unklar.
“Kontaminiert” durch planetaren Schutt
Aber das Wichtigste: Im Lichtspektrum der beiden Weißen Zwerge entdeckten Astronomen die Spektrallinien von Elementen, die schwerer als Helium und Wasserstoff sind, und damit Hinweise auf eine „Kontamination“ dieser Sternreste durch die Überreste anderer Himmelskörper. Elms und sein Team entdeckten im älteren der beiden Zwerge die Elemente Natrium, Lithium, Kalium und Kohlenstoff. Damit ist er der älteste bekannte „verseuchte“ Weiße Zwerg in der Milchstraße.
Aber woher kommt die Verschmutzung? Die Forscher schließen aus den Spektralanalysen, dass diese Elemente aus den Überresten eines Planeten oder Planetensystems stammen müssen. Dieser überlebte vermutlich die Expansion des Muttersterns zum Roten Riesen, wurde aber später vom Weißen Zwerg zerstört und verschluckt. Wie Astronomen erklären, ist WDJ2147-4035 der älteste Beweis für ein Planetensystem in unserer Galaxie.
Die Natur des von ihm verschlungenen Planetenschutts ist bisher nur teilweise geklärt. “Der rötlich-weiße Zwerg WDJ2147-4035 ist immer noch ein Rätsel, weil das Material, das er ansammelt, anders ist als alles, was in unserem Sonnensystem bekannt ist”, sagt Elms. Hier bedarf es weiterer Forschung.
Material ähnlich der kontinentalen Erdkruste
Auch der zweite Weiße Zwerg trägt in seiner Hülle Reste alter planetarischer Trümmer, die aber viel einfacher zuzuordnen sind. Elms und sein Team entdeckten die Signaturen von Natrium, Kalzium und Kalium in ihrem Spektrum. Aufgrund seiner Proportionen schlussfolgern Astronomen, dass dieser Weiße Zwerg Material angezogen und verschlungen haben muss, das ungefähr der Zusammensetzung und Masse der kontinentalen Erdkruste entspricht.
„Diese metallreichen Sternreste bestätigen somit, dass es andere Planetensysteme mit ähnlicher Zusammensetzung wie die Erde gibt“, sagt Elms. Die Überreste der Hülle dieses Weißen Zwergs könnten von einem kleinen erdähnlichen Planeten oder von mehreren Planetesimalen, größeren protoplanetaren Stücken, stammen, berichten die Forscher. Sie vermuten, dass die letzten dieser Trümmer erst vor vier bis 15 Millionen Jahren in den stellaren Überrest gefallen sind.
Ein Fenster in die Vergangenheit unserer Galaxie
Zusammen sind die beiden Weißen Zwerge die ältesten und kühlsten Überreste „kontaminierter“ Sterne und der älteste Beweis für die frühesten Planetensysteme in der Milchstraße. „Es ist erstaunlich, wenn man sich vorstellt, dass diese Systeme vor 10 Milliarden Jahren existierten und dass diese Planeten starben, bevor die Erde entstand“, sagt Elms. Diese sehr alten Weißen Zwerge öffnen somit ein tiefes Fenster in die Vergangenheit unserer Galaxie.
Und sie sind keine Ausnahme: Bei etwa einem Viertel aller bisher bekannten Weißen Zwerge haben Astronomen bereits Kontaminationen mit schweren Elementen nachgewiesen. Dies unterstreicht, wie viele Planeten und Planetensysteme es in unserer Galaxie gab und noch gibt. (Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, 2022; doi:10.1093/mnras/stac2908)
Herkunft: Universität Warwick
10. November 2022
– Nadja Podbregar