Staubproduktion in weit entwickelten exoplanetaren Systemen (Originalartikel vom 02.11.2018)

Print Friendly, PDF & Email

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Eine künstlerische Darstellung eines Staubgürtels um einen hellen Stern. Es wurden Anzeichen für solch einen Ring aus Bruchstücken mit einer sich zeitlich ändernden Zusammensetzung um einen lichtschwachen Weißen Zwerg gefunden; dies führt Wissenschaftler dazu vorzuschlagen, daß Zusammenstöße und Zusammenballungen von Bestandteilen der Scheibe zu der Aufhellung und Abschwächung des Sternlichts führen kann, so wie es beobachtet wurde.
NASA’s Spitzer Space Telescope and the European Space Agency’s Herschel Space Observatory

 

Daß sich Sterne ändern, hat seit langem Erkenntnisse über die physikalischen Eigenschaften der Sterne geliefert. Der Stern Mira (Omicron Ceti) zum Beispiel wurde von dänischen Astronomen 1596 so benannt, denn sie waren durch dessen wundersames Aufleuchten überrascht, von dem wir heute wissen, daß es auf periodischen Änderungen in seiner Größe und Temperatur beruht. Weit weniger spektakuläre Veränderungen können auch hervorgerufen werden, wenn ein Stern eine Staubscheibe besitzt, die, von der Erde aus gesehen, mitunter dem Licht teilweise den Weg versperrt. Kleinere und lichtschwächere Sterne sind normalerweise für die Untersuchung von Änderungen außer Reichweite, aber manchmal können ihre Scheiben (wenn sie eine besitzen) genügend Bruchstücke erzeugen, um messbare Änderungen im Sternlicht hervorzurufen. Für Astronomen, die sich dafür interessieren, wie Planeten aus Staubscheiben um Sterne jeden Typs entstanden, bieten diese kleineren Systeme die Möglichkeit, das umfassendere Bild der Planetenentstehung und -entwicklung einzugrenzen, vor allem, wenn sie irgendein spektakuläres Ereignis oder eine wichtige Entwicklungsphase, wie die Zeit des „Großen Bombardements“ in unserem Sonnensystem, anzeigen. Einige Änderungen in exoplanetaren Scheiben sind bereits festgestellt worden. So ist durch Änderungen in den optischen und ultravioletten Spektren der Sterne sowie durch unregelmäßiges Abnehmen von deren Helligkeit bekannt, daß in einer Handvoll Systeme Kometen vorkommen.

Ein Weißer Zwerg ist das Endprodukt der Entwicklung von Sternen wie unsere Sonne, die, in weiteren ungefähr sieben Milliarden Jahren nicht länger in der Lage sein wird, ihr nukleares Brennen aufrecht zu erhalten. Mit nur etwa der dann verbleibenden Hälfte ihrer Masse wird sie auf einen Bruchteil ihres Radius schrumpfen und ein Weißer Zwerg werden. Weiße Zwerge sind häufig, der bekannteste ist der Begleiter des hellsten Sterns am Himmel, Sirius. CfA-Astronom Scott Kenyon gehörte zu einem Team, daß den Weißen Zwerg GD 56 über 11.2 Jahre untersucht und Anstieg sowie Abfall seiner Helligkeit in der Größenordnung von ungefähr 20% beobachtet hat, das mit der Erzeugung oder dem Rückgang von Staub in seiner Scheibe vereinbar ist. Das Team nutzte die IRAC-Kamera an Bord von Spitzer, die WISE-Mission sowie bodengebundene Beobachtungen der UKIRT- und Keck-Teleskope, um diese Schwankungen zu beschreiben. Sie stellten fest, daß es in der Farbe des Lichts keine Änderung gab, ein Hinweis darauf, daß all der Staub, der zerstört oder erzeugt wurde, in etwa die gleiche Temperatur besaß und so vermutlich in ungefähr der gleichen Entfernung vom Stern gefunden wurde. Die Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, daß entweder die Schwerkraft durch Veränderung der Ausrichtung der Scheibe oder das Zerkleinern der Teilchen durch Kollisionen in der Scheibe für die Ab- oder Zunahme der Infrarot-Strahlung aus dem Staubgebiet der Scheibe verantwortlich sind. Solche Scheibenaktivitäten sind in Scheiben rund um junge Sterne weit verbreitet, waren für viel ältere Sterne wie diesen Weißen Zwerg aber unerwartet. Die Autoren schließen mit der Bemerkung, daß das dynamische Umwandeln von Staub, so wie es hier auftritt, zur Folge haben kann, daß Material auf den Stern fällt und dies durch eine erhöhte Elementhäufigkeit in stellaren Spektren meßbar ist.

Literatur:
„Dust Production and Depletion in Evolved Planetary Systems“
J. Farihi, R. van Lieshout, P. W. Cauley, E. Dennihy, K. Y. L. Su, S. J. Kenyon, T. G. Wilson, O. Toloza, B. T. Gansicke, T. von Hippel, S. Redfield, J. H. Debes, S. Xu, L. Rogers, A. Bonsor, A. Swan, A. F. Pala, and W. T. Reach
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 481, 2601–2611 (2018)

oder

arXiv:1808.09967v1 [astro-ph.EP] 29 Aug 2018