Astronomen entschlüsseln die Geschichte eines Planeten bei einem Weißen Zwergstern
Um den 80 Lichtjahre entfernten Weißen Zwergstern WD 1856 kreist ein großer Planet auf einer sehr engen Umlaufbahn. Und das stellt die Astronomen vor ein Rätsel. Denn auf diesem Orbit hätte der Stern den Planeten verschlingen müssen, als er sich vor etwa sechs Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen aufgebläht hat. Beobachtungen eines internationalen Forschungsteams mit dem Weltraumteleskop James Webb haben das Rätsel nun gelöst: Der Planet hat sich erst nach der Aufblähung dem Stern genähert. Das System WD 1856 biete damit einen Blick in die Zukunft auch unseres Sonnensystems, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.
„In etwa fünf Milliarden Jahren stirbt auch unsere Sonne“, erläutert Christopher O’Connor von der Cornell University in den USA. „Bislang wissen wir nicht genau, was dann mit den Planeten geschieht.“ Die Beobachtungen des Planeten von WD 1856 zeigen nun, so der Astrophysiker, dass Planeten die Endphase der Sternentwicklung überstehen können und ein Planetensystem sich danach sogar noch auf überraschende Weise verändern kann.
Wenn ein Stern wie unsere Sonne ihren nuklearen Energievorrat aufgebraucht hat, bläht sie sich zunächst zu einem Roten Riesen auf. Bei diesem Prozess dürfte die Sonne, so nehmen die Himmelsforscher an, die Planeten Merkur und Venus, sowie vermutlich auch die Erde, verschlingen. Danach fällt die Sonne zu einem Weißen Zwerg zusammen, der nur noch etwa so groß wie die Erde ist und über Milliarden von Jahren hinweg langsam abkühlt.
Der bereits 2020 entdeckte Planet von WD 1556 ist etwa so groß wie Jupiter, besitzt aber eine vier- bis elffach größere Masse. Er umrundet seinen Stern alle 1,4 Tage in einem Abstand von drei Millionen Kilometern – das ist etwa ein Zwanzigstel des Abstands Merkur-Sonne. Sollte also ein Planet in diesem geringen Abstand die gewaltige Aufblähung seines Sterns im Gegensatz zu den Erwartungen der Astronomen doch überstehen können?
Um diese Frage zu beantworten, haben O’Connor und seine Kollegen den Planeten mit dem Webb-Teleskop ins Visier genommen. Der Planet selbst ist zwar im Teleskop nicht sichtbar, da er sich zu nahe an seinem Stern befindet und von diesem überstrahlt wird. Doch bei jedem Umlauf – also alle 1,4 Tage – zieht er von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorüber. Viele Planeten bei anderen Sternen verraten sich durch solche „Transits“. Allerdings sind die Planeten zumeist viel kleiner als ihre Sterne und schwächen das Sternenlicht dadurch nur geringfügig ab, wenn sie vor dem Stern vorüberziehen.
Anders bei WD 1856: Der Weiße Zwerg ist nur erdgroß, der Planet dagegen so groß wie Jupiter. Deshalb verdeckt er bei den Transits bis zu 56 Prozent des Sterns. Und das ist ein großer Vorteil für die Astronomen, denn ein Teil des Sternenlichts geht durch die Atmosphäre des Planeten hindurch und liefert den Forschern so Informationen über ihre Zusammensetzung und Temperatur.
Hier nun wartete eine Überraschung auf O’Connor und seine Kollegen: Mit 127 Grad Celsius ist der Planet um 240 Grad heißer als er es allein aufgrund der Strahlung seines Sterns sein sollte. Hatte er sich also tatsächlich während der Aufblähung des Sterns in seinem Inneren aufgehalten und dabei stark aufgeheizt? Mithilfe von Modellrechnungen analysierte das Team die Abkühlung des Planeten. Die Aufheizung, so das Ergebnis, kann maximal vor drei Milliarden Jahren stattgefunden haben, um die jetzige Temperatur zu erklären.
Doch der Stern WD 1856 hatte sich bereits vor sechs Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen aufgebläht. O’Connor und seine Kollegen setzen daher auf ein anderes Szenario. Danach befand sich der Planet ursprünglich auf einer weit vom Stern entfernten Umlaufbahn und hat dort die Aufblähung des Sterns unbeschadet überstanden. Durch die Anziehungskraft eines weiteren Sterns, mit dem WD 1856 ein weites Paar bildet, hat sich die Umlaufbahn des Planeten jedoch langsam verändert.
Der Orbit wurde zunächst zu einer Ellipse, wodurch der Planet dem Weißen Zwerg sehr nahe kam und sich dabei aufheizte. Gezeitenkräfte formten die Umlaufbahn anschließend wieder zu einem Kreis, nun jedoch sehr nahe an dem Stern. Und dieser Vorgang fand lange nach der Aufblähung des Sterns statt. Die Umlaufbahnen äußerer Planeten wie Jupiter oder Saturn können sich also – im Gegensatz zu bisherigen Vorstellungen – auch lange nach dem Tod eines Sterns noch verändern, betonen die Forscher. „Dass Planeten die letzte Phase des Sternenlebens überstehen können,“ so O’Connor, „erweitert das Spektrum der Möglichkeiten für die Existenz bewohnbarer Planeten im Universum erheblich.“
Bildquelle: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
