Die saftigen Geheimnisse von Sternen, die ihre Planeten fressen

Die Sonne hat das Leben auf der Erde gefördert, aber sie wird nicht immer so gastfreundlich sein. In fünf Milliarden Jahren wird der Stern unseres Sonnensystems so riesig werden, dass Merkur, Venus und vielleicht die Erde ganz verschluckt werden.

Dies mag wie ein schändliches Ende für unser geliebtes Zuhause erscheinen. Wissenschaftler glauben jedoch, dass dieser Prozess der „planetaren Verschlingung“, bei der Sterne ihre eigenen Planeten verschlingen, im Lebenszyklus von Sternensystemen üblich ist.

Forscher nennen sie „Kannibalensterne“ (obwohl sie Planeten fressen, keine anderen Sterne) und sie könnten die verlockenden Mysterien der Astronomie, seltsame Orbitalkonfigurationen und verschmutztes Sternenlicht erklären, die Wissenschaftler seit Jahren vor Rätsel stellen. Aber es gibt einen noch grundlegenderen Appell: Das Studium des Untergangs des Planeten kann uns dabei helfen, das sehr langfristige Schicksal der Erde zu verstehen und Hinweise für die Suche nach außerirdischem Leben zu liefern. Was könnte menschlicher sein, als das Ende der Welt vorherzusagen und sich zu fragen, ob wir allein im Universum sind?

„Im Fall der Erde ist es meiner Meinung nach ziemlich schwierig zu wissen, ob sie verschluckt wird oder nicht, aber es wird sicherlich unmöglich, damit zu leben“, sagte Ricardo Yarza, ein Doktorand der Astronomie an der University of California , Santa Cruz, das die planetarische Verschlingung untersucht. „Es ist immer wieder interessant, sich vorzustellen, dass eine Zivilisation wie wir sich dessen bewusst wird und erkennt, dass man irgendwann sein Zuhause verlassen muss.“

Sterne gibt es in vielen Variationen, einschließlich zitternder Zwerge und leuchtender Hyperriesen. Die Lebenserwartung und das endgültige Schicksal eines Sterns – und damit aller Planeten, die ihn umkreisen – hängt von seiner Masse ab: Rote Zwerge können Billionen von Jahren leben, während massereiche Sterne in wenigen Millionen Jahren explodieren.

sonnengroße Sterne beginnen ihre Bestattungsriten, wenn ihnen der Wasserstoff ausgeht, wodurch sich ihre Grenzen hunderte Male ausdehnen. Während dieser „roten Riesen“-Phase verschlingen viele Sterne ihre innersten Planeten, bevor sie ihren verbleibenden Treibstoff aufbrauchen.

Die Roten Riesen, die vor rund einem Jahrhundert entdeckt wurden, tauchen gelegentlich in Science-Fiction-Geschichten wie z verstörende Kulissen für dem Untergang geweihte Zivilisationen oder als Visionen unseres Sonnensystems ferne Zukunft. Obwohl wir uns oft das Kriechen vorrückender Sterne zum Ende der Welt vorgestellt haben, bleibt der tatsächliche Prozess der planetaren Verschlingung im Dunkeln.

Wie ab 1967Beispielsweise haben sich Astronomen über das „endgültige Schicksal der planetaren Materie“ gewundert, die von Sternen verschluckt wird. Aber sie konnten nur spekulieren, zum Teil, weil Wissenschaftler bis in die 1990er Jahre nicht bestätigen konnten, dass Planeten andere Sterne umkreisen.

Seit dieser Zeit, eine beeindruckende Zahl von 5.000 Exoplaneten wurden von Missionen wie entdeckt Kepler Space Observatory der NASA, was zu einem neuen Verständnis der unzähligen Wege führt, auf denen sich Sternensysteme entwickeln und wie sie schließlich sterben. Die nächste Generation von Observatorien auf der Erde und darüber hinaus, einschließlich der neuen James-Webb-Weltraumteleskopwird diese Welten in nie zuvor gesehenen Details abbilden und ihre Chancen hervorheben, das Leben zu unterstützen.

Die Fülle bekannter Exoplaneten, insbesondere derjenigen in naher Umlaufbahn, impliziert, dass das Leben vieler Welten in den Bäuchen ihrer Wirtssterne enden wird. Aber es gibt viele Lücken im Wissen der Astronomen, weil es schwierig ist, Sterne zu erwischen, die Planeten auffressen. Das Erstellen von Modellen für Verschlingungsereignisse ist ebenfalls schwierig, teilweise wegen der extremen Unterschiede zwischen der Größe von Sternen und ihren planetarischen Mahlzeiten.

„Um die planetarische Verschlingung zu verstehen und wie sie das Schicksal von Planetensystemen beeinflusst, müssen mehrere Fragen beantwortet werden“, sagte Yarza, der präsentierte neue Suche zu diesem Thema vor der American Astronomical Society im Juni. „Was passiert mit versunkenen Planeten? Überlebt einer von ihnen? Werden sie alle zerstört? Was passiert mit dem Stern beim Untergang?

Um einige dieser Szenarien durchzuspielen, modellierten Yarza und seine Kollegen in ihrer Studie den Untergang von Planeten, die größer als Jupiter waren beim Astrophysical Journal eingereicht. Um die Größenunterschiede von Sternen und Planeten zu berücksichtigen, entwickelten die Forscher einen Ansatz, der sich auf die gasförmige äußere Region des Sterns konzentrierte, wo die Planeten zuerst verschlungen werden.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Sterne mit massereichen Planeten manchmal mehr abbeißen können, als sie kauen können, mit extremen Folgen für beide Objekte. Während erdgroße Welten problemlos verschluckt werden, können Planeten, die viel massereicher als Jupiter sind, einige Sterne von innen herunterbringen.

Stellen Sie sich vor, einer dieser Über-Jupiter wird endlich von den Rändern des Sterns eingeholt, der ihn für Milliarden von Jahren verankert hat. Die Gase wirbeln dort, wo sich die Körper treffen. Während die mächtige Welt in die Hölle gleitet, überträgt sie ihren Schwung auf den Stern. Die aus diesem Austausch resultierenden Instabilitäten können den Stern so aus dem Gleichgewicht bringen, dass er seine Sternatmosphäre ins All schleudert und dann zu einem toten Weißen Zwerg kollabiert.

Diese Reihenfolge könnte die „wirren“ Beobachtungen von erklären Planeten in enger Umlaufbahn um weiße Zwerge herum, sagte Yarza. Es ist unbekannt, wie diese Welten den Tod ihrer Sterne überlebten. Die neuen Modelle legen die Antwort nahe: Ein versunkener Riesenplanet könnte, nachdem er den Auswurf der äußeren Schichten des Sterns ausgelöst hat, in eine neue, viel engere Umlaufbahn geschoben werden, in der er nicht vollständig verbrannt wird.

Es wird noch seltsamer: Einige Riesenplaneten, die sterntötende Auswürfe auslösen, können auch neue Welten hervorbringen, wenn sie im Sternenofen verbrannt werden. „Sie können einen Planeten haben, der verschluckt wird und dann Material ausstößt, und dieses Material kann eine Scheibe um den Stern bilden, die einen neuen Planeten bildet“, sagte Yarza und beschrieb den neuen Planeten als „sich aus seiner Asche erhebend“. Er fügte hinzu: „Sie haben einen Planeten, der zerstört ist, aber er tut genug im Stern, damit ein neuer Planet daraus hervorgehen kann.“

Andere merkwürdige Sichtungen beinhalten eine stellare Version des Sprichworts „Du bist, was du isst“: Sterne werden mit planetaren Elementen wie Lithium angereichert, was es Astronomen ermöglicht, kannibalistische Sterne anhand gedruckter chemischer Signaturen in ihrem Licht zu identifizieren.

„Den Stern einzufangen, der einen Planeten verschlingt, wird schwierig sein“, weil es „ein kurzlebiges Ereignis“ ist, sagte Melinda Soares-Furtado, NASA Hubble Postdoctoral Fellow an der University of Wisconsin-Madison und Co. – Autorin der Studie . „Aber die verbleibenden Signaturen könnten noch viel, viel länger, sogar Milliarden von Jahren, beobachtbar sein.“

Zwei-Sterne-Systeme, sogenannte Doppelsterne, sind ideale Umgebungen, um nach Beweisen für plötzliche Untergänge zu suchen. Zwillingssterne werden normalerweise zusammen aus derselben Gas- und Staubwolke geboren, wodurch sie chemisch identisch sind. Aber etwa 25-30 % der sonnenähnlichen Sterne in den Doppelsternsystemen haben anomale Signaturen, die „eine Spannungsquelle zwischen Theorie und Beobachtungen“ darstellen. laut einer Studie aus dem Jahr 2021 veröffentlicht in Nature Astronomy.

Lorenzo Spina, ein Astrophysiker am astronomischen Observatorium von Padua in Italien und Autor dieser Studie, glaubt, dass diese chemischen Unterschiede die Überreste körperloser Welten enthüllen können. Obwohl unklar ist, wie oft Planeten dieser ultimativen Apokalypse – einem Kollisionskurs mit einem Stern – gegenüberstehen, könnte dies ein wichtiger Faktor bei der Bewertung der potenziellen Bewohnbarkeit anderer Systeme sein.

„Wir wollen diese Situation nicht, da wir nach einem Planetensystem suchen, das möglicherweise Leben beherbergen könnte“, sagte Dr. Spina. „Wir wollen Sterne finden, die Planetensysteme beherbergen, die ‚langweilig‘ sind, sagen wir, wie unser eigenes Planetensystem, von dem wir wissen, dass es sich in der Vergangenheit nicht viel verändert hat.“

Andererseits könnten die Auflösungen und Vermischungen von Sternenwelten während eines Untergangs ein seltenes Fenster in die inneren Bestandteile von Exoplaneten öffnen.

„Es wird sehr cool, denn natürlich ist die chemische Zusammensetzung eines Planeten wirklich wichtig für das Gedeihen des Lebens“, sagte Dr. Spina.

Wenn man über diese epischen Untergänge nachdenkt, ist es schwer, sich nicht zu fragen, ob außerirdische Zivilisationen kurzerhand in ihre Sterne geworfen oder gezwungen wurden, tiefer in ihre Sternensysteme einzudringen und in Welten zu ziehen, die durch die Hitze der vorrückenden Roten Riesen neu bewohnbar wurden. In fünf Milliarden Jahren könnten die gefrorenen äußeren Welten unseres eigenen Sonnensystems von der Sonne gespeist werden, selbst wenn ihre inneren Planeten verbraucht werden.

Verschlingung ist „das Schicksal von Merkur und Venus in unserem eigenen Sonnensystem, wenn Sie die Uhr beschleunigen und beobachten, was mit der Sonne passiert“, sagte Dr. Soares-Furtado. Sie fügte hinzu: „Sie haben Jupiter, Saturn und Uranus, die gleichzeitig in einer wunderschönen bewohnbaren Region sitzen“.

Mit neuen Teleskopen, sagte sie, werden Wissenschaftler „mehr Einblicke in diese späteren Stadien haben“.