Astronomen entdeckten möglicherweise den ersten Planeten um einen Weißen Zwerg

Ein internationales Team von Astronomen, das den Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA und das ausgediente Weltraumteleskop Spitzer verwendete, berichtete, dass möglicherweise der erste intakte Planet entdeckt wurde, der in einer engen Umlaufbahn um einen Weißen Zwerg kreist, den dichten Überrest eines sonnenähnlichen Sterns, der nur 40% größer als die Erde ist.

Das Objekt in Jupiter-Größe, genannt WD 1856 b, ist etwa siebenmal so groß wie der Weiße Zwerg, genannt WD 1856+534 und hat eine Umlaufzeit von nur 34 Stunden, mehr als 60 Mal schneller als Merkur unsere Sonne umkreist.

WD 1856 b ist etwa 80 Lichtjahre entfernt im nördlichen Sternbild Draco. Er umkreist einen kühlen, ruhigen Weißen Zwerg mit einem Durchmesser von etwa 18.000 Kilometern, der bis zu 10 Milliarden Jahre alt sein kann und ein entferntes Mitglied eines Dreifach-Sternsystems ist.

„WD 1856 b kam seinem Weißen Zwerg sehr nahe und schaffte es trotzdem, unbeschadet zu bleiben.“ sagte Andrew Vanderburg, Erstautor des in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Artikels in dem die Entdeckung bekannt gegeben wurde, in einem Statement.

WD 1856 b bleibt vorerst allerdings ein Planeten-Kandidat, der auf die Bestätigung durch weitere Analysen oder Beobachtungen wartet.

Es wäre der erste direkte Hinweise darauf, dass Planeten den Tod ihres Muttersterns unbeschadet überstehen können. Weiße Zwerge sind das Endstadium in der Entwicklung der meisten Sterne. Sie sind die heißen Kerne Roter Riesen die übrig bleiben, wenn sie ihre äußere Hülle abgestoßen haben.

„Der Entwicklungsprozess zum Weißen Zwerg zerstört nahegelegene Planeten. Alles was später zu nahe kommt, wird normalerweise durch die immense Gravitation des Weißen Zwergs auseinandergerissen“, sagte Vanderburg. „Wir haben noch viele offene Fragen, wie WD 1856 b an seine derzeitige Position gelangte, ohne ein solches Schicksal zu erleiden.“

Vandenburg und seine Kollegen entdeckten WD 1856 b mit Hilfe des Transiting Exoplanet Survey Satellit (TESS) der NASA, der nach fremden Welten sucht, indem er die - gesehen aus unserer Sichtlinie - winzigen Helligkeitseinbrüche notiert, die bei einem Transit des Planeten vor seinem Mutterstern verursacht werden.

v Das Team untersuchte das System im Infrarotlicht mit dem Spitzer-Weltraumteleskop kurz bevor das Observatorium im Jänner 2020 stillgelegt wurde. Die Spitzer-Daten zeigten, dass WD 1856 b kein eigenes Infrarotlicht ausstrahlt, was darauf hindeutet, dass das Objekt eher ein Planet ist als ein Stern mit geringer Masse oder ein Brauner Zwerg.

Man würde nicht unbedingt erwarten, dass Weiße Zwerge vielversprechende Ziele für TESS und andere Planetenjäger sind, wenn man bedenkt, wie sie entstehen.

Wenn sonnenähnliche Sterne den Wasserstoff im Zentrum verbraucht haben, blähen sie sich zu Roten Riesen auf die alles verschlingen und verbrennen, was sie in der Nähe umkreist. Zum Beispiel wird unsere eigene Sonne die Planeten Merkur und Venus und vielleicht auch die Erde zerstören, wenn sie in etwa 5 Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen wird. A Ende stoßen sie ihre äußere Hülle ab (zu sehen als planetarische Nebel) und was übrig bleibt, sind die heißen Kerne, die typischerweise die Masse unserer Sonne haben, aber nur geringfügig größer als die Erde sind.

Man kann daher mit Sicherheit sagen, dass sich WD 1856 b nicht an seiner derzeitigen Position gebildet hat. Das Objekt hätte die Rote-Riesenphase von WD 1856 niemals überlebt. Tatsächlich legen die Berechnungen des Teams nahe, dass der Planeten-Kandidat etwa 50 Mal weiter vom Stern entfernt geboren wurde und dann migriert sein muss.

„Wir wissen seit langem, dass nach der Geburt eines Weißen Zwergs entfernte kleine Objekte wie Asteroiden und Kometen nach innen wandern können. Sie werden normalerweise durch die große Schwerkraft eines Weißen Zwergs auseinandergerissen und verwandeln sich in eine Trümmerscheibe, sagte Siyi Xu, Co-Autorin der Studie..

„Es war aufregend als Andrew Vanderburg von diesem System erzählte“ sagte Xu. „Wir haben Hinweise gesehen, dass Planeten auch nach innen wandern könnten, aber dies scheint das erste Mal zu sein, dass wir einen Planeten gesehen haben, der die gesamte Reise intakt überstanden hat.“

Es ist unklar, was WD 1856 b nach innen drückte. Zu den Möglichkeiten gehören Stupser von den beiden anderen Sternen im WD-1856-System oder eine kurze Interaktion von einem eindringenden „Stern-Vagabunden“, schrieben die Teammitglieder in der neuen Studie.

„Der wahrscheinlichste Fall wäre jedoch, dass es mehrere andere Objekte in Jupiter-Größe nahe der ursprünglichen Umlaufbahn von WD 1856 b gab“, sage Co-Autorin Juliette Becker.

„Der Gravitationseinfluss von Objekten die groß genug sind, könnte leicht jene Instabilität zulassen, die sie benötigen, um einen Planeten nach innen zu stoßen“, sagte Becker. „Aber zu diesem Zeitpunkt haben wir noch mehr Theorien als tatsächliche Informationen.

Im WD 1856-System wurden bis jetzt keine weiteren Planeten entdeckt, aber das bedeutet nicht, dass es dort keine gibt, sagten Mitglieder des Teams.

Die Existenz von WD 1856 b hat aufregende Konsequenzen für Planetenforscher und Astrobiologen. Wenn zum Beispiel ein Gasriese den Tod eines sonnenähnlichen Sterns überleben kann und dann nahe genug an den ausgebrannten Stern herankommt um erhebliche Wärme aufzunehmen, könnte dies nicht auch eine erdähnliche Gesteinswelt machen?

Vandenburg und andere Forscher untersuchten diese Möglichkeit in einem Begleitartikel, das vor kurzem in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde. Das Team unter der Leitung der Forscher Lisa Kaltenegger und Ryan MacDonald von der Universität Cornell verwendeten Computermodelle, welche die Leistungsfähigkeit des kommenden James Webb-Weltraumteleskops simulierten, um das Aussehen einer hypothetischen Gesteinswelt zu simulieren, die in der „bewohnbaren Zone“ um WD 1856 kreist.

Die bewohnbare Zone ist jener Bereich in der Umlaufbahn eines Himmelskörpers, wo flüssiges Wasser auf der Oberfläche einer Welt stabil sein könnte.

Die Forscher stellten fest, dass Webb, ein 9,8 Milliarden US-Dollar teures Flaggschiff-Observatorium, das im Oktober 2021 starten soll, nach nur fünf Transiten die Signaturen von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Atmosphäre eines solchen Planeten erkennen könnte.

„Noch beeindruckender ist, dass Webb nach nur 25 Transiten Gaskombinationen erkennen wird, die möglicherweise auf biologische Aktivität auf einer solchen Welt hinweisen“, sagte Kaltenegger.

„WD 1856 b lässt vermuten, dass Planeten die chaotische Geschichte zum Weißen Zwerg überleben können“, sagte Kaltenegger. „Unter den richtigen Bedingungen könnten diese Welten Konditionen aufrechterhalten, die für das Leben länger günstig sind als die für die Erde vorhergesagte Zeitskala. Jetzt können wir viele neue Möglichkeiten für Welten erforschen, welche das Entstadium eines einst sonnenähnlichen Sterns umkreisen.“

20. September 2020/SP
Verein Kuffner-Sternwarte