Wenn Sterne wie unsere Sonne ihren Wasserstoffbrennstoff verbrauchen, treten sie in die sogenannte RGB-Phase (Red-Giant-Branch) ein. Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stern auf ein Mehrfaches seiner ursprünglichen Größe ausdehnt, wonach sie ihre äußeren Schichten ablegen und zu kompakten weißen Zwergen werden. Es wird angenommen, dass diese Sterne in den nächsten Milliarden Jahren langsam alle Objekte und Staubringe verbrauchen werden, die noch nahe genug sind, um von ihrer Schwerkraft beeinflusst zu werden.
Eine Bürgerwissenschaftlerin namens Melina Thévenot machte jedoch kürzlich eine überraschende Entdeckung, als sie ein System der Weißen Zwerge beobachtete. Basierend auf Daten der WISE-Mission (Wide Field Infrared Survey Explorer) ist dieser Stern seit Milliarden von Jahren ein weißer Zwerg, hat aber immer noch mehrere Staubringe um sich. Bekannt als LSPM J0207 + 3331 (oder J0207), könnte diese Entdeckung die Forscher dazu zwingen, Modelle von Planetensystemen zu überdenken.
Die Entdeckung wurde durch Backyard Worlds: Planet 9 gemacht, ein Projekt unter der Leitung von Marc Kuchner (Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA), bei dem Freiwillige WISE-Daten für neue Entdeckungen sortieren. Astronomen, die sich etwa 145 Lichtjahre entfernt im Sternbild Steinbock befinden, vermuten, dass J0207 das erste bekannte Beispiel eines weißen Zwergs mit mehreren Staubringen und das älteste sein könnte.
Die Entdeckung war auch Gegenstand einer kürzlich veröffentlichten Studie in Das astrophysikalische Journal („Ein 3 Gyr weißer Zwerg mit warmem Staub, entdeckt über die Hinterhofwelten: Planet 9 Citizen Science Project“). Wie John Debes, Astronom am Space Telescope Science Institute in Baltimore und Hauptautor des Papiers, in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung der NASA enthüllte:
„Dieser weiße Zwerg ist so alt, dass jeder Prozess, bei dem Material in seine Ringe eingespeist wird, auf einer Zeitskala von Milliarden Jahren funktionieren muss. Die meisten Modelle, die Wissenschaftler entwickelt haben, um Ringe um weiße Zwerge zu erklären, funktionieren nur bis zu 100 Millionen Jahren. Daher stellt dieser Stern unsere Annahmen über die Entwicklung von Planetensystemen wirklich in Frage. “
Der Stern wurde von der WISE-Mission (Wide Field Infrared Survey Explorer) der NASA entdeckt, die ein starkes Infrarotsignal aufnahm, was auf das Vorhandensein von Staub hindeutet. Basierend auf der Geschwindigkeit, mit der sich weiße Zwergsterne im Laufe der Zeit abkühlen, berechnete das Debes-Team anhand seiner Oberflächentemperaturen etwas mehr als 5.800° C (10.500° F) - dass sich J0207 seit etwa 3 Milliarden Jahren in der Phase der Weißen Zwerge befindet.
Diese neuen Erkenntnisse widersprechen dem, was Astronomen seit einiger Zeit über die Entwicklung von Sternensystemen vermutet haben. In der Vergangenheit haben Astronomen beobachtet, wie sich Planeten und Asteroiden, die die RGB-Phase eines Sterns überleben, weiter entfernen, nachdem er in die Phase des Weißen Zwergs eingetreten ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Stern einen großen Teil seiner Masse und damit seinen Gravitationseinfluss auf umgebende Objekte verloren hat.
Astronomen gehen davon aus, dass dies in etwa 5 Milliarden Jahren mit unserem Sonnensystem geschehen wird. Nach der Ausdehnung auf Venus, Merkur und Erde verliert unsere Sonne ihre äußeren Schichten und wird zu einem weißen Zwerg. Zu diesem Zeitpunkt werden die verbleibenden Planeten und Objekte (zu denen wahrscheinlich der Haupt-Asteroidengürtel, die Gasriesen und der Kuipergürtel gehören werden) alle nach außen driften.
In 1 bis 4% der Fälle haben Weiße Zwerge jedoch Infrarotemissionen gezeigt, die darauf hinweisen, dass sie von Staubscheiben oder Ringen umgeben sind. Wissenschaftler vermuten, dass dies das Ergebnis von Asteroiden und Kometen sein könnte, die durch Gravitationswechselwirkung mit verdrängten Planeten aus ihren Gürteln geworfen und auf den Stern geschickt werden. Wenn sich diese Körper dem Weißen Zwerg nähern, werden sie durch Gezeitenstörungen, die durch die starke Schwerkraft des Sterns verursacht werden, auseinandergerissen.
Die resultierenden Trümmer würden dann einen staubigen Ring bilden, der langsam nach innen fällt und sich auf der Oberfläche des Sterns ansammelt. In allen früheren Fällen wurden Staubscheiben und -ringe jedoch nur um weiße Zwerge beobachtet, die etwa eine Milliarde Jahre alt waren. Dies schien im Einklang mit der Vorstellung zu stehen, dass ältere weiße Zwerge ihren Vorrat an Asteroiden und den daraus resultierenden Staubringen effektiv aufgebraucht hatten.
Diese neueste Entdeckung macht J0207 effektiv zum ältesten und kältesten weißen Zwerg mit Staub, der jemals beobachtet wurde. Als sie die Infrarotsignale von J0207 zum ersten Mal bemerkte, hielt Melina Thévenot es für schlechte Daten. Zu diesem Zeitpunkt hatte sie die Europäische Weltraumorganisation durchsucht Gaia Missionsarchive für Braune Zwerge, die über ihre Infrarotemissionen hinaus kaum nachweisbar sind.
Nachdem sie die Infrarotdaten von WISE konsultiert hatte, stellte sie fest, dass sie zu hell und zu weit entfernt waren, um ein Brauner Zwerg zu sein. Thévenot gab diese Ergebnisse an das Team Backyard Worlds: Planet 9 weiter, das anschließend vom W. M. Keck Observatory in Hawaii Follow-up-Beobachtungen erhielt. Wie Thévenot erklärte:
„Das ist ein wirklich motivierender Aspekt der Suche. Die Forscher bewegen ihre Teleskope, um die von Ihnen entdeckten Welten zu betrachten. Was mir jedoch besonders gefällt, ist die Interaktion mit dem großartigen Forschungsteam. Jeder ist sehr nett und versucht immer, das Beste aus unseren Entdeckungen herauszuholen. “
Darüber hinaus vermuten Debes und seine Kollegen, dass J0207 möglicherweise sogar ein Ringsystem hat. Sie schlagen in ihrer Studie vor, dass dies aus zwei unterschiedlichen Komponenten bestehen würde: einem dünnen Außenring, in dem die Schwerkraft des Weißen Zwergs die Asteroiden aufbricht, und einem breiteren Ring, der näher am Stern liegt. Diese neuen Beobachtungen werden Astronomen wahrscheinlich dazu zwingen, ihre Modelle für die Entwicklung von Planetensystemen zu überdenken.
"Wir haben Backyard Worlds: Planet 9 gebaut, hauptsächlich um nach Braunen Zwergen und neuen Planeten im Sonnensystem zu suchen", sagte Kuchner. „Die Zusammenarbeit mit Bürgerwissenschaftlern führt jedoch immer zu Überraschungen. Sie sind unersättlich - das Projekt hat gerade seinen zweiten Geburtstag gefeiert und sie haben bereits mehr als 1.000 wahrscheinlich braune Zwerge entdeckt. Nachdem wir die Website mit der doppelten Menge an WISE-Daten neu gestartet haben, freuen wir uns auf noch aufregendere Entdeckungen. "
Diese Forschung erzwingt nicht nur ein Umdenken in Bezug auf die Entwicklung des Planetensystems im Laufe der Zeit, sondern könnte auch Hinweise auf die Zukunft unseres eigenen Sonnensystems liefern. Sobald unsere Sonne ein weißer Zwerg ist, wird sie wahrscheinlich die nächsten Milliarden Jahre damit verbringen, Asteroiden und KBOs zu konsumieren, die von den überlebenden Gasriesen aus dem Gürtel geworfen werden. Laut dieser neuesten Studie könnte es auch einige Milliarden Jahre später einen Staubring haben.
Diese Entdeckung war zwar ein Segen für Astronomen, zeigt aber auch, was dank der Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlichen Organisationen und Bürgerwissenschaftlern möglich ist. Im Zeitalter der Exoplanetenforschung und der fortgeschrittenen Astronomie macht das schiere Datenvolumen solche Kooperationen nicht nur notwendig, sondern auch äußerst lukrativ.
