Einige sonnenähnliche Sterne fressen erdähnliche Planeten


Astronomen haben die Signatur von . identifiziertErdfressende Sterne. Während ihrer Entwicklung nehmen diese Sterne große Mengen des Gesteinsmaterials auf, aus dem terrestrische Planeten – kleine Gesteinsplaneten wie Merkur, Venus, Erde und Mars – bestehen.

Trey Mack, ein Doktorand der Astronomie an der Vanderbilt University, hat ein Modell entwickelt, das die Auswirkungen einer solchen Diät auf die chemische Zusammensetzung eines Sterns abschätzt und es verwendet, um ein Paar von Zwillingssternen zu analysieren, die beide ihre eigenen Planeten haben.


Die Ergebnisse der Studie wurden am 7. Mai 2014 in derAstrophysikalisches Journal.

„Trey hat gezeigt, dass wir tatsächlich die chemische Signatur eines Sterns im Detail, Element für Element, modellieren und bestimmen können, wie sich diese Signatur durch die Aufnahme erdähnlicher Planeten verändert“, sagte Vanderbilt-Professor für Astronomie Keivan Stassun, der die Studie betreute. „Wir können die von unserem Modell vorhergesagte Signatur tatsächlich Element für Element im Detail sehen.“

Diese Fähigkeit wird den Astronomen zufolge wesentlich zum Verständnis des Prozesses der Planetenentstehung beitragen und die laufende Suche nach erdähnlichen Exoplaneten unterstützen, so die Astronomen.

Was wäre, wenn wir feststellen könnten, ob ein bestimmter Stern wahrscheinlich ein Planetensystem wie unser eigenes beherbergt, indem wir sein Licht in ein einzelnes hochauflösendes Spektrum zerlegen und analysieren? Ein von der Sonne aufgenommenes Spektrum ist oben gezeigt. Die dunklen Bänder resultieren aus bestimmten chemischen Elementen in der äußeren Schicht des Sterns, wie Wasserstoff oder Eisen, die bestimmte Lichtfrequenzen absorbieren. Durch sorgfältige Messung der Breite jedes dunklen Bandes können Astronomen bestimmen, wie viel Wasserstoff, Eisen, Kalzium und andere Elemente in einem entfernten Stern vorhanden sind. Das neue Modell legt nahe, dass ein Stern der G-Klasse mit einem Gehalt an feuerfesten Elementen wie Aluminium, Silizium und Eisen, der deutlich höher ist als der der Sonne, möglicherweise keine erdähnlichen Planeten hat, weil er sie verschluckt hat. (N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF)

Was wäre, wenn wir feststellen könnten, ob ein bestimmter Stern wahrscheinlich ein Planetensystem wie unser eigenes beherbergt, indem wir sein Licht in ein einzelnes hochauflösendes Spektrum zerlegen und analysieren? Ein von der Sonne aufgenommenes Spektrum ist oben gezeigt. Die dunklen Bänder resultieren aus bestimmten chemischen Elementen in der äußeren Schicht des Sterns, wie Wasserstoff oder Eisen, die bestimmte Lichtfrequenzen absorbieren. Durch sorgfältige Messung der Breite jedes dunklen Bandes können Astronomen bestimmen, wie viel Wasserstoff, Eisen, Kalzium und andere Elemente in einem entfernten Stern vorhanden sind. Das neue Modell legt nahe, dass ein Stern der G-Klasse mit einem Gehalt an feuerfesten Elementen wie Aluminium, Silizium und Eisen, der deutlich höher ist als der der Sonne, möglicherweise keine erdähnlichen Planeten hat, weil er sie verschluckt hat. (N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF)




Zunächst einige Hintergründe: Sterne bestehen zu über 98 Prozent aus Wasserstoff und Helium. Alle anderen Elemente machen weniger als 2 Prozent ihrer Masse aus. Astronomen haben alle Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, willkürlich als Metalle definiert und den Begriff „Metallizität“ geprägt, um sich auf das Verhältnis der relativen Häufigkeit von Eisen zu Wasserstoff in der chemischen Zusammensetzung eines Sterns zu beziehen.

Seit Mitte der 1990er Jahre, als Astronomen die Möglichkeit entwickelten, extrasolare Planeten in großer Zahl nachzuweisen, gab es mehrere Studien, die versuchten, die Metallizität der Sterne mit der Planetenentstehung in Verbindung zu bringen. In einer solchen Studie argumentierten Forscher des Los Alamos National Laboratory, dass Sterne mit hoher Metallizität eher Planetensysteme entwickeln als solche mit niedriger Metallizität. Eine andere Studie kam zu dem Schluss, dass heiße Planeten von Jupiter-Größe überwiegend um Sterne mit hoher Metallizität kreisen, während kleinere Planeten Sterne mit einem breiten Spektrum an Metallgehalten umkreisen.

Aufbauend auf der Arbeit des Co-Autors Simon Schuler von der University of Tampa ging Mack bei dieser Art der Analyse noch einen Schritt weiter, indem er die Häufigkeit von 15 spezifischen Elementen im Vergleich zu der der Sonne untersuchte. Er interessierte sich besonders für Elemente wie Aluminium, Silizium, Kalzium und Eisen, die Schmelzpunkte von mehr als 600 Grad Celsius haben, weil dies die feuerfesten Materialien sind, die als Bausteine ​​für erdähnliche Planeten dienen.

Mack und Stassun entschieden sich, diese Technik auf das Planeten-beherbergende Doppelpaar mit den Bezeichnungen HD 20781 und HD 20782 anzuwenden. Beide Sterne sollten aus derselben Staub- und Gaswolke kondensiert sein und sollten daher beide mit derselben chemischen Zusammensetzung gestartet sein. Dieses spezielle binäre Paar ist das erste, das entdeckt wurde, bei dem beide Sterne eigene Planeten haben.


Beide Sterne im Doppelsternpaar sind Zwergsterne der G-Klasse ähnlich unserer Sonne. Ein Stern wird eng von zwei neptungroßen Planeten umkreist. Der andere besitzt einen einzigen jupitergroßen Planeten, der einer stark exzentrischen Umlaufbahn folgt. Die Unterschiede in ihren Planetensystemen machen die beiden Sterne ideal, um den Zusammenhang zwischen Exoplaneten und der chemischen Zusammensetzung ihrer Sternwirte zu untersuchen.

Bei der Analyse des Spektrums der beiden Sterne stellten die Astronomen fest, dass die relative Häufigkeit der feuerfesten Elemente deutlich höher war als die der Sonne. Sie berechneten, dass jeder der Zwillinge zusätzliche 10-20 Erdmassen an Gesteinsmaterial hätte verbrauchen müssen, um die chemischen Signaturen zu erzeugen. Insbesondere der Stern mit dem jupitergroßen Planeten scheint zusätzliche 10 Erdmassen verschluckt zu haben, während der Stern mit den beiden neptungroßen Planeten weitere 20 abgebaut hat.

Die Ergebnisse stützen die Annahme, dass die chemische Zusammensetzung eines Sterns und die Natur seines Planetensystems zusammenhängen.

„Stellen Sie sich vor, dass der Stern ursprünglich felsige Planeten wie die Erde gebildet hat. Stellen Sie sich außerdem vor, dass es auch Gasriesenplaneten wie Jupiter gebildet hat“, sagte Mack. „Die Gesteinsplaneten bilden sich in der Nähe des Sterns, wo es heiß ist, und die Gasriesen bilden sich im äußeren Teil des Planetensystems, wo es kalt ist. Sobald die Gasriesen jedoch vollständig ausgebildet sind, beginnen sie, nach innen zu wandern, und dabei beginnt ihre Schwerkraft, die inneren Gesteinsplaneten zu ziehen und zu zerren.


„Mit dem richtigen Maß an Ziehen und Zerren kann ein Gasriese einen felsigen Planeten leicht dazu zwingen, in den Stern einzutauchen. Wenn genügend Gesteinsplaneten in den Stern fallen, werden sie ihn mit einer bestimmten chemischen Signatur versehen, die wir erkennen können.“

Nach dieser Logik ist es unwahrscheinlich, dass einer der binären Zwillinge terrestrische Planeten besitzt. Bei einem Zwilling umkreisen die beiden neptungroßen Planeten den Stern ziemlich eng, bei einem Drittel der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Beim anderen Zwilling verbringt der jupitergroße Planet viel Zeit in den äußeren Bereichen des Planetensystems, aber seine exzentrische Umlaufbahn bringt ihn auch extrem nahe an den Stern heran. Die Astronomen spekulieren, dass der Stern mit den beiden neptungroßen Planeten mehr terrestrisches Material aufnahm als sein Zwilling, weil die beiden Planeten effizienter darin waren, Material in ihren Stern zu schieben, als der einzelne jupitergroße Planet, Material in seinen Stern zu schieben .

„Mit dem richtigen Maß an Ziehen und Zerren kann ein Gasriese einen felsigen Planeten leicht dazu zwingen, in den Stern einzutauchen. Wenn genügend Gesteinsplaneten in den Stern fallen, werden sie ihn mit einer bestimmten chemischen Signatur versehen, die wir erkennen können.“

Nach dieser Logik ist es unwahrscheinlich, dass einer der binären Zwillinge terrestrische Planeten besitzt. Bei einem Zwilling umkreisen die beiden neptungroßen Planeten den Stern ziemlich eng, bei einem Drittel der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Beim anderen Zwilling verbringt der jupitergroße Planet viel Zeit in den äußeren Bereichen des Planetensystems, aber seine exzentrische Umlaufbahn bringt ihn auch extrem nahe an den Stern heran. Die Astronomen spekulieren, dass der Stern mit den beiden neptungroßen Planeten mehr terrestrisches Material aufnahm als sein Zwilling, weil die beiden Planeten effizienter darin waren, Material in ihren Stern zu schieben, als der einzelne jupitergroße Planet, Material in seinen Stern zu schieben .

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