Astronomen haben kürzlich entdeckt, dass LSPM J0207+3331, ein alter weißer Zwergstern, etwa 145 Lichtjahre von der Erde entfernt, weiterhin Planetentrümmer ansammelt, obwohl er sich seit etwa drei Milliarden Jahren abgekühlt hat. Dieser Stern im Sternbild Triangulum gilt als einer der ältesten und kühlsten Weißen Zwerge, von denen bekannt ist, dass sie eine Staubscheibe haben, und er stellt auch das traditionelle Verständnis der Entwicklung von Sternsystemen in Frage.
Die Forschung wurde von Érika Le Bourdais, einer Doktorandin an der Universität Montreal, geleitet. Das Forschungsteam entdeckte den Stern zunächst im Rahmen des Projekts „Backyard Worlds: Planet 9“ im Jahr 2019 und bestätigte später mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii, dass das von ihm ausgesendete Infrarotsignal mit dem Staubring übereinstimmt, was darauf hindeutet, dass die starke Schwerkraft Asteroiden auseinanderreißt und eine Staubscheibe um den Stern bildet.
Forscher sagen, diese Entdeckung zeige, dass Planetenfragmente, Kometen und sogar Planeten, selbst wenn ein Weißer Zwerg schon seit Milliarden von Jahren existiert, noch lange in der Umlaufbahn bleiben und erst viel später gestört werden und in den Stern fallen können.
Durch Spektralanalyse identifizierte das Team 13 schwere Elemente in der Atmosphäre des Weißen Zwergs, darunter Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Kalzium, Titan, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und Strontium. Normalerweise setzen sich schwere Elemente schnell in wasserstoffreichen Weißen Zwergen ab, was ihre Entdeckung erschwert, aber dieses Mal übertrafen die Ergebnisse die Erwartungen bei weitem.
Die Studie wies außerdem darauf hin, dass diese Fragmente wahrscheinlich von einem gesteinsreichen Himmelskörper stammen, der eine geschichtete Evolution durchlaufen hat. Seine Struktur ähnelt der der Erde oder Vesta, mit einem metallischen Kern und einem felsigen Mantel. In Bezug auf die chemische Zusammensetzung ist es den Erdmaterialien recht ähnlich, mit der Ausnahme, dass Magnesium und Silizium einen leichten Mangel an Eisen aufweisen und das Fehlen von Kohlenstoffelementeigenschaften darauf hindeutet, dass sein Ausgangsmaterial keine offensichtlichen flüchtigen Kohlenstoffbestandteile enthält.
Co-Autor Patrick Dufour, Professor an der Universität Montreal, sagte, Weiße Zwerge seien fast eines der wenigen Fenster, durch die Menschen die Zusammensetzung von Exoplaneten direkt messen könnten. Wenn Planetenfragmente einem Stern zu nahe kommen, werden sie durch Gezeitenkräfte auseinandergerissen und verunreinigen die Atmosphäre des Sterns, wodurch ein deutlicher chemischer „Fingerabdruck“ zurückbleibt.
Das Team entdeckte außerdem eine schwache Ca II H- und K-Linien-Kernemission, womit es erst der zweite isolierte kontaminierte Weiße Zwerg war, von dem bekannt ist, dass er diese Signatur aufweist. Die Studie geht davon aus, dass dies bedeuten könnte, dass zusätzliche physikalische Prozesse in der oberen Atmosphäre des Sterns ablaufen. Daher ist es besonders wichtig, schwere Elemente in Modellrechnungen einzubeziehen, da dies sonst die Schlussfolgerung der Struktur und Parameter des Weißen Zwergsterns beeinträchtigen würde.
Früher ging man davon aus, dass der Infrarotüberschuss dieses Sterns von zwei Staubringen herrührt, doch die neue Analyse zeigt, dass nur eine aus Silikat bestehende Staubscheibe das beobachtete Signal bei 11,6 Mikrometern erklären kann, was auch die Erklärung der Systemstruktur einfacher macht.
Warum diese Fragmente so spät in den Stern fielen, ist noch nicht abschließend geklärt. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Riesenplaneten im System im Laufe der langen Jahre nach und nach die Umlaufbahnen kleiner Himmelskörper gestört haben; Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass nahe vorbeiziehende Sterne die Bahn dieser Trümmer verändert haben. Das Forschungsteam geht davon aus, dass die beiden Erklärungen in Zukunft mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops oder in Kombination mit Archivdaten der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation weiter unterschieden werden können.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass die häufigste Art von Weißen Zwergen wasserstoffreiche Weiße Zwerge sind und die kältesten davon tendenziell die ältesten Sterne in der Milchstraße sind. Gerade weil in der Vergangenheit weniger darauf geachtet wurde, ob solche Sterne noch Materie ansammeln, veranlasst dieser Fall die astronomische Gemeinschaft, den Suchbereich zu erweitern und weitere ähnliche Himmelskörper erneut zu untersuchen.
Die Entdeckung legt nahe, dass Planetensysteme auch Milliarden Jahre nach dem Tod der Sterne aktiv und komplex bleiben könnten. Die Untersuchung dieser späten Akkretionsereignisse kann nicht nur den Menschen helfen, die Zusammensetzung entfernter Welten zu verstehen, sondern könnte auch eine wichtige Referenz für das Verständnis des Schicksals des Sonnensystems in der Zukunft liefern.