Geheimnisse von Sternen, die ihre Planeten fressen

Die Sonne hat das Leben auf der Erde genährt, aber sie wird nicht ewig gastfreundlich sein. In fünf Milliarden Jahren wird der Stern unseres Sonnensystems so massiv anwachsen, dass Merkur, Venus und möglicherweise die Erde ganz verschluckt werden.

Es mag wie ein beschämendes Ende für unser geliebtes Zuhause erscheinen. Wissenschaftler glauben jedoch, dass dieser Prozess der „Planet Immersion“, bei dem Sterne ihre Planeten verschlingen, im Lebenszyklus von Sternsystemen üblich ist.

Forscher nennen sie „Kannibalensterne“ (obwohl sie Planeten sind, die sie fressen, nicht andere Sterne), und sie können Geheimnisse der Astronomie, seltsame Orbitalformationen und verschmutztes Sternenlicht erklären, die Wissenschaftler seit Jahren verblüffen. Aber es gibt noch eine grundlegendere Anziehungskraft: Das Studium planetarer Schwalben kann uns helfen, das langfristige Schicksal der Erde zu verstehen und Hinweise bei der Suche nach außerirdischem Leben zu liefern. Was könnte humaner sein, als das Ende der Welt vorherzusagen und darüber nachzudenken, ob wir allein im Universum sind?

sagte Ricardo Yarza, ein Doktorand der Astronomie an der University of California, Santa Cruz, der Planetenschwalben untersucht. „Es ist immer wieder interessant, sich eine Zivilisation vorzustellen, die das wie wir erkennt und erkennt, dass man irgendwann das Haus verlassen muss.“

Sterne gibt es in vielen Varianten, darunter Zwerge und brillante Hyperganten. Die Lebenserwartung und das letztendliche 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 innerhalb weniger Millionen explodieren.

Sonnengroße Sterne Sie beginnen ein Todesritual, wenn ihnen der Wasserstoff ausgeht, wodurch sich ihre Grenzen hunderte Male erweitern. Während der „Roten Riesen“-Phase verschlingen viele Sterne ihre tiefen Planeten, bevor sie ihren verbleibenden Treibstoff aufbrauchen.

Rote Riesen, die vor etwa einem Jahrhundert entdeckt wurden, erscheinen manchmal in Science-Fiction-Geschichten als ominöse Hintergründe Für dem Untergang geweihte Zivilisationen oder Visionen unseres Sonnensystems die ferne Zukunft. Obwohl wir uns oft das Apokalypse-Schleichen fortgeschrittener Sterne vorgestellt haben, bleibt der tatsächliche Prozess des planetaren Schluckens im Dunkeln.

als solche Schon 1967Astronomen dachten zum Beispiel über das „endgültige Schicksal der Planetenmaterie“ nach, 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 damals, Die erstaunlichen 5000 Exoplaneten Es wurde 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 letztendlich sterben. Die nächste Generation von Observatorien auf der Erde und darüber hinaus, einschließlich neu in Betrieb genommener Observatorien James-Webb-Weltraumteleskopwird diese Welten in beispielloser Detailtreue darstellen und Licht auf die Möglichkeiten werfen, Leben zu beherbergen.

Die schiere Fülle bekannter Exoplaneten, insbesondere solcher in engen Umlaufbahnen, legt nahe, dass das Leben vieler Welten im Magen ihrer Wirtssterne enden würde. Aber es gibt viele Lücken im Wissen der Astronomen, weil es schwierig ist, Sterne zu fangen, während Planeten verschlungen werden. Die Erstellung von Modellen für verschlingende Ereignisse ist ebenfalls eine Herausforderung, teilweise aufgrund der extremen Unterschiede zwischen der Größe von Sternen und ihren planetarischen Mahlzeiten.

sagte Herr Yarza, der vorstellte neue Suche Darüber vor der American Astronomical Society im Juni. „Was passiert mit Planeten, die schlucken?“ Überleben einige von ihnen? Werden sie alle zerstört? Was passiert mit dem Stern als Folge der Einnahme? „

Um einige dieser Szenarien umzusetzen, modellierten Herr Yarza und seine Kollegen in ihrer Studie Schluckplaneten, die größer als Jupiter waren Eingereicht bei The Astrophysical Journal. Um Diskrepanzen in der Größe von Sternen und Planeten zu berücksichtigen, entwickelten die Forscher einen Ansatz, der sich in der gasförmigen äußeren Region des Sterns niederließ, wo Planeten zum ersten Mal schlucken.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Sterne mit massereichen Planeten manchmal mehr nagen können, als sie kauen können, mit schwerwiegenden Folgen für beide Körper. Während erdgroße Welten sie ohne Fanfare verschlingen, können Planeten, die viel größer als Jupiter sind, einige Sterne in sich aufnehmen.

Stellen Sie sich einen dieser Uber-Planeten vor, wo er schließlich von den Rändern des Sterns überholt wurde, auf den er sich seit Milliarden von Jahren eingeprägt hat. Die Gase wirbeln dort, wo sie auf die Körper treffen, in Wirbeln auf. Als der mächtige Wissenschaftler in die Hölle hinabsteigt, überträgt er seinen Schwung auf den Stern. Die aus diesem Austausch resultierenden Instabilitäten können den Stern so außer Sichtweite bringen, dass er seine Sternatmosphäre in den Weltraum schleudert und später zu einem toten Weißen Zwerg zusammenbricht.

Diese Reihenfolge könnte die „verwirrenden“ Beobachtungen von erklären Planeten in engen Umlaufbahnen Herr Yarza sagte über die weißen Zwerge. Es ist unklar, wie diese Welten den Tod ihrer Sterne überlebten. Neue Modelle deuten die Antwort an: Ein sinkender Riesenplanet könnte, nachdem er die Austreibung der äußeren Schichten des Sterns angeregt hat, in eine neue, engere Umlaufbahn geschoben werden, damit er nicht vollständig verbrennt.

Es wird noch seltsamer: Einige Riesenplaneten, die sterntötende Funken freisetzen, können auch neue Welten erschaffen, wenn sie in einem Sternenofen verstärkt werden. „Sie können einen Planeten haben, der verschlingt und dann etwas 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 „aus der Asche aufsteigend“. Er fügte hinzu: „Sie haben einen Planeten, der zerstört wird, aber es tut genug im Stern, dass ein neuer Planet daraus hervorgeht.“

Andere ausgefallene Beobachtungen umfassen eine stellare Version des Sprichworts „Du bist, was du isst“: Sterne werden reich an planetarischen Elementen wie Lithium, was es Astronomen ermöglicht, Kannibalensterne anhand der in ihr Licht eingeprägten chemischen Fingerabdrücke zu identifizieren.

sagte Melinda Soares Furtado, eine NASA-Postdoktorandin an der University of Wisconsin-Madison und Mitautorin eines Studienbuchs. „Aber die zurückbleibenden Signaturen können viel länger beobachtet werden – sogar Milliarden von Jahren.“

Zwei-Sterne-Systeme, bekannt als Dioden, sind ideale Umgebungen, um nach Beweisen für eine plötzliche Einnahme zu suchen. Doppelsterne werden normalerweise zusammen aus derselben Gas- und Staubwolke geboren, was sie chemisch identisch macht. Aber etwa 25 % bis 30 % der sonnenähnlichen Sterne in Doppelsternen haben anomale Signale, die „eine Spannungsquelle zwischen Theorie und Beobachtungen“ darstellen. Laut einer Studie aus dem Jahr 2021 Veröffentlicht in Naturastronomie.

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 könnten. Obwohl unklar ist, wie oft Planeten diese Apokalypse – einen Kollisionskurs mit einem Stern – erleben, könnte dies ein wichtiger Faktor bei der Einschätzung der potenziellen Bewohnbarkeit anderer Systeme sein.

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

Auf der anderen Seite können Exzentrizitäten und Mischungen von Welten in Sternen während der Aufnahme ein seltenes Fenster in die inneren Komponenten von Exoplaneten öffnen.

„Das wäre großartig, denn die chemische Zusammensetzung des Planeten ist natürlich wirklich wichtig für das Gedeihen des Lebens“, sagte Dr. Spina.

Wenn man an diese epischen Schwalben denkt, ist es schwer, sich nicht zu fragen, ob irgendwelche außerirdischen Zivilisationen kurzerhand in ihre Sterne geworfen oder gezwungen wurden, in die Tiefen ihrer Sternensysteme zu wandern und sich mit der Wärme vorrückender Roter Riesen in neu bewohnbare Welten zu bewegen. Innerhalb von fünf Milliarden Jahren können die gefrorenen äußeren Welten unseres Sonnensystems von der Sonne gespeist werden, selbst wenn ihre inneren Planeten verbraucht sind.

Dr. Soares Furtado sagte, die Einnahme sei „das Schicksal von Merkur und Venus in unserem Sonnensystem, wenn man die Uhr beschleunigt und sich anschaut, was mit der Sonne passiert“. „Sie haben Jupiter, Saturn und Uranus, die alle gleichzeitig in einer schönen bewohnbaren Zone sitzen“, fügte sie hinzu.

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