Niobium verrät möglichen Planeten rund um einen Weißen Zwerg

Über ein Vier­tel­jahr­hun­dert lang schlum­mer­ten uniden­ti­fi­zier­te che­mi­sche Signa­tu­ren eines Wei­ßen Zwergs im Archiv des Hub­ble-Welt­raum­te­le­skops der NASA/ESA, bis die akri­bi­sche Nach­for­schung eines jun­gen Astro­no­men etwas Außer­ge­wöhn­li­ches ans Licht brach­te: hohe Kon­zen­tra­tio­nen des Ele­ments Nio­bi­um und ande­re unge­wöhn­li­che che­mi­sche Zusam­men­set­zun­gen, die auf einen mög­li­chen Pla­ne­ten der zwei­ten Gene­ra­ti­on hin­deu­ten, der den Wei­ßen Zwerg umkreist. Zwar wur­den bereits eini­ge Pla­ne­ten iden­ti­fi­ziert, die Wei­ße Zwer­ge umkrei­sen, doch dies ist der ers­te Kan­di­dat mit den Merk­ma­len eines Pla­ne­ten, der aus Mate­ri­al ent­stan­den ist, das mit dem Tod eines Sterns und nicht mit sei­ner Geburt zusam­men­hängt. Die Ent­de­ckung eröff­net ein fas­zi­nie­ren­des neu­es For­schungs­feld und unter­streicht das span­nen­de Kon­zept, dass Ster­ne eine ver­län­ger­te zwei­te Pha­se durch­lau­fen könn­ten, in der sie noch lan­ge nach dem Ver­brauch des Brenn­stoffs ihrer pri­mä­ren Lebens­zeit neue Pla­ne­ten hervorbringen.

Sorg­fäl­ti­ge Nach­for­schun­gen von Astro­no­men haben einen „Cold Case“ im Daten­ar­chiv des Hub­ble-Welt­raum­te­le­skops auf­ge­klärt. In einer neu­en Stu­die, die in „Natu­re Astro­no­my“ ver­öf­fent­licht wur­de, berich­ten For­scher von der Ent­de­ckung eines über­ra­schen­den che­mi­schen Hin­wei­ses, der dar­auf hin­deu­tet, dass der Wei­ße Zwerg HS 0209+0832 mög­li­cher­wei­se einen Pla­ne­ten der zwei­ten Gene­ra­ti­on beherbergt.

Ein Wei­ßer Zwerg ist der Über­rest eines mas­se­ar­men Sterns, der sei­nen gesam­ten nuklea­ren Brenn­stoff ver­braucht und sei­ne äuße­re Hül­le aus Gas und Staub ins Welt­all ver­lo­ren hat. Ein Pla­net zwei­ter Gene­ra­ti­on ist eine Welt, die sich aus dem abge­sto­ße­nen Mate­ri­al um den Ster­nen­rest bildet.

„Anstatt dass das Sta­di­um des Wei­ßen Zwergs eine Art Epi­log zur Geschich­te eines Sterns und sei­ner Pla­ne­ten dar­stellt, deu­tet die­se For­schung dar­auf hin, dass die uns bekann­ten Sys­te­me nur das ers­te Kapi­tel einer poten­zi­ell viel län­ge­ren Geschich­te sind, in der eini­ge neue Akteu­re auf­tau­chen. Das ist eine wirk­lich span­nen­de Per­spek­ti­ve, der wir nach­ge­hen soll­ten“, sag­te Jamie Wil­liams, Astro­nom und Haupt­au­tor der Stu­die sowie Dok­to­rand an der Uni­ver­si­tät War­wick in Großbritannien.

Die Erde und die ande­ren Pla­ne­ten unse­res Son­nen­sys­tems sind Pla­ne­ten der ers­ten Gene­ra­ti­on, die aus Mate­ri­al ent­ste­hen, das von der Ent­ste­hung eines Sterns übrig geblie­ben ist.

„Was Hub­ble uns in die­sem Wei­ßen-Zwerg-Sys­tem zeigt, ist etwas, das wir vor­her noch nie gese­hen haben: eine hohe Häu­fig­keit des Ele­ments Niob, des­sen Signa­tur mir unbe­kannt war, als ich sie zum ers­ten Mal in den Archiv­da­ten ent­deck­te “, sag­te Williams.

Als Hub­ble den Stern 1999 zum ers­ten Mal beob­ach­te­te, ent­hiel­ten die Daten etwa 100 che­mi­sche Merk­ma­le, die nicht iden­ti­fi­ziert wer­den konn­ten. Wil­liams griff auf die­se Auf­zeich­nun­gen mit einer aktua­li­sier­ten che­mi­schen Daten­bank zurück und stell­te fest, dass Nio­bi­um vie­le der rät­sel­haf­ten Merk­ma­le erklärte.

Wil­liams erklär­te, dass Nio­bi­um zwar in unse­rem Son­nen­sys­tem vor­kommt und auf der Erde viel­fäl­ti­ge Ver­wen­dung fin­det, unter ande­rem in Schmuck und medi­zi­ni­schen Bild­ge­bungs­ge­rä­ten, die Men­ge, die Hub­ble im Sys­tem HS 0209+0832 gefun­den hat, jedoch dar­auf hin­deu­tet, dass der Pla­net nicht aus der Geburt eines Sterns, son­dern aus dem Mate­ri­al ent­steht, das beim Ster­ben des Sterns aus­ge­sto­ßen wird.

„Niob und ande­re Ele­men­te, die schwe­rer als Eisen sind, sind astro­no­misch beson­ders, da sie – anders als vie­le häu­fi­ge Ele­men­te – nicht durch Kern­fu­si­on im Inne­ren von Ster­nen ent­ste­hen“, erklär­te Nicho­las Stone, theo­re­ti­scher Astro­phy­si­ker an der Uni­ver­si­ty of Wisconsin–Madison und Mit­glied des For­schungs­teams. „Statt­des­sen kön­nen die­se schwe­ren Ele­men­te nur unter den exo­ti­schen Bedin­gun­gen syn­the­ti­siert wer­den, die kurz­zei­tig im Inne­ren ster­ben­der Ster­ne herr­schen. Das Vor­han­den­sein von Niob ist ein Indiz für die­se letz­ten Zuckun­gen und den Aus­stoß des Ster­nen­in­ne­ren ins All.“

Nach­dem der Stern die­ses che­misch ange­rei­cher­te Mate­ri­al aus­ge­sto­ßen hat­te, ver­mu­tet das Team, dass sich ein Teil davon zu einem Gas­rie­sen­pla­ne­ten ver­dich­te­te. Der Rest des Aus­wurf­ma­te­ri­als zer­streu­te sich vor lan­ger Zeit, doch der Pla­net exis­tiert weiterhin.

„Als Jamie mich im Zusam­men­hang mit die­ser Stu­die nach Niob frag­te, war ich wirk­lich ver­blüfft, da die­ses Ele­ment in kei­nem ande­ren bis­her ana­ly­sier­ten Wei­ßen Zwerg nach­ge­wie­sen wor­den war. Sobald wir sei­ne Exis­tenz erkann­ten, ergab alles einen Sinn“, sag­te der Astro­nom und Koau­tor der Stu­die, Boris Gaen­si­cke, eben­falls von der Uni­ver­si­tät Warwick.

Das For­schungs­team bestä­tig­te die Hub­ble-Beob­ach­tun­gen mit Daten der ein­ge­stell­ten NASA-Mis­si­on FUSE (Far Ultra­vio­let Spec­tro­sco­pic Explo­rer), die eben­falls star­ke Niob-Signa­tu­ren im Sys­tem HS 0209+0832 nach­wies. Das NASA-Welt­raum­te­le­skop TESS (Tran­si­ting Exo­pla­net Sur­vey Satel­li­te) beob­ach­te­te den Wei­ßen Zwerg zudem vier Mona­te lang und konn­te dabei peri­odi­sche Hel­lig­keits­schwan­kun­gen fest­stel­len. Die­se deu­ten dar­auf hin, dass ein Pla­net in einer Ent­fer­nung von etwa 6 Mil­lio­nen Kilo­me­tern um den Stern kreist – deut­lich näher als Mer­kur um die Sonne.

Das For­schungs­team schätzt, dass es sich bei dem Pla­ne­ten­kan­di­da­ten um einen Gas­rie­sen von etwa der Grö­ße des Jupi­ter han­delt, der rasch an Atmo­sphä­re ver­liert. Da der Wei­ße Zwerg rela­tiv jung ist, ist er noch sehr heiß und bestrahlt die­sen Pla­ne­ten wahr­schein­lich mit Ener­gie, die ihm sein äuße­res Mate­ri­al abträgt. Dies könn­te dazu füh­ren, dass der Pla­net einen kome­ten­ar­ti­gen Schweif aus Mate­ri­al auf­weist, der eine Schei­be um den Wei­ßen Zwerg bil­det und wie­der auf des­sen Ober­flä­che zurück­fällt, was dazu führ­te, dass das Hub­ble-Tele­skop bei der Unter­su­chung des Sterns Nio­bi­um nach­wei­sen konn­te. Trotz die­ses Mas­sen­ver­lusts ist Wil­liams der Ansicht, dass der Pla­net wahr­schein­lich kein vor­über­ge­hen­des Phä­no­men ist.

„Wenn der Pla­net der zwei­ten Gene­ra­ti­on exis­tiert, hal­te ich es für wahr­schein­lich, dass er über­le­ben wird. Schließ­lich wird der Wei­ße Zwerg abküh­len und dann eine kon­stan­te Tem­pe­ra­tur bei­be­hal­ten, sodass sich der Pla­net über Mil­lio­nen von Jah­ren in sei­ner sta­bi­len habi­ta­blen Zone befin­det“, sag­te Williams.

Wil­liams füg­te hin­zu, dass noch viel For­schungs­ar­beit nötig sei, um die­se Sys­te­me zu ver­ste­hen – wie Pla­ne­ten der zwei­ten Gene­ra­ti­on ent­ste­hen, wie häu­fig oder sel­ten sie sind und wie sie sich in der Umlauf­bahn um einen „toten“ Stern ent­wi­ckeln. Er wird das Hub­ble-Tele­skop in den nächs­ten Jah­ren nut­zen, um die­se Fra­gen zu erfor­schen und hofft, umfang­rei­che Daten und Sta­tis­ti­ken über die­se neu­en Him­mels­kör­per zu sammeln.

„Ich den­ke, die­se For­schung ist ein wich­ti­ges Bei­spiel dafür, dass wis­sen­schaft­li­che Ent­de­ckun­gen kein gerad­li­ni­ger Weg sind“, sag­te Gaen­si­cke. „Oft braucht es die­sen magi­schen Moment, in dem Men­schen gro­ße Fra­gen dis­ku­tie­ren, die sie beschäf­ti­gen, und erken­nen, dass sie gemein­sam uner­war­te­te Ant­wor­ten fin­den können.“

Hintergrundinformationen

Das Hub­ble-Welt­raum­te­le­skop ist ein Pro­jekt der inter­na­tio­na­len Zusam­men­ar­beit zwi­schen ESA und NASA.

Links

• Wis­sen­schaft­li­che Arbeit
• Ver­öf­fent­li­chung auf der NASA-Website

Link zur ESA-Pres­se­mit­tei­lung heic2613