Wässrige Planeten, die tote Sterne umkreisen, könnten gute Kandidaten für die Erforschung von Leben sein, wenn sie lange genug überleben können

Der kleine Fußabdruck und das schwache Licht von Weißen Zwergen, den Überresten von Sternen, die ihren Treibstoff verbrannt haben, können hervorragende Voraussetzungen für die Untersuchung von Planeten bieten, die über genügend Wasser verfügen, um Leben zu ermöglichen.

Der Trick besteht darin, den Schatten eines Planeten auf einem alten Stern zu entdecken, der auf einen Bruchteil seiner Größe geschrumpft ist, und herauszufinden, dass es sich um einen Planeten handelt, der seine Wassermeere über Milliarden von Jahren hinweg behalten hat, selbst nachdem er die Explosion des Sterns überwunden hat und heftige Schlusskämpfe. Eine neue Studie zur Dynamik von Weißen-Zwerg-Systemen legt nahe, dass einige Wasserplaneten theoretisch tatsächlich die notwendigen Himmelsnadeln einfädeln könnten, bis sie entdeckt und weiter untersucht werden.

Astronomen scannen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (sogenannte Exoplaneten) nach möglichen Lebenszeichen und sammeln Daten, wenn diese Planeten ihren Stern passieren oder zwischen dem Stern und unseren Teleskopen hin- und herwandern. Sie nutzen Sternenlicht, das durch die dünne Schicht der Planetenatmosphäre dringt, um herauszufinden, welche Elemente und Moleküle vorhanden sind.

Ein riesiger Stern, der eine vollständige Kernfusion durchläuft, kann kompliziert und schwer zu beobachten sein. Einen Planeten zu finden, der einen kleineren, sanfteren Weißen Zwerg umkreist, ist also astronomisch weniger das Äquivalent eines Schielens.

„Weiße Zwerge sind so klein und unauffällig, dass wir ihre Atmosphäre besser charakterisieren könnten, wenn ein erdähnlicher Planet an ihnen vorbeizieht“, sagt Juliette Becker, Professorin für Astronomie an der University of Wisconsin-Madison und Hauptautorin der Studie. Studie, die derzeit bei AAS Journals begutachtet wird und in Madison auf der 244. Tagung der American Astronomical Society vorgestellt wurde. „Die Atmosphäre des Planeten hätte ein viel größeres und klareres Signal, weil ein größerer Teil des Lichts, das Sie sehen, genau das durchdringt, was Sie untersuchen möchten.“

Die erste große Hürde für einen solchen Planeten wäre, die (relativ gesehen) letzten Tage eines kleinen bis mittelgroßen Sterns zu überleben. Weil sie hart sein können.

Wenn Sternen wie unserer Sonne der Treibstoff ausgeht, der Fusionsreaktionen in ihren Kernen antreibt, wachsen sie zu enormer Größe heran.

„Im Wesentlichen gibt es zwei Pulse, in denen der Stern wächst, bis er das Hundertfache seines normalen Radius erreicht“, sagt Becker. „Während dieser Zeit – wir können diesen Teil Zerstörungsphase Nr. 1 nennen – wird es alle Planeten in diesem Umkreis verschlingen.“

Selbst wenn ein wasserführender Planet der Verschlingung entgeht, ist er nicht aus dem brennenden Wald herausgekommen. Auf das prall gefüllte Wachstum des Sterns folgt ein Massenverlust und ein enormer Helligkeitsgipfel.

„Die Tatsache, dass der Stern viel heller wird, bedeutet, dass alle Planeten im System, auch diejenigen, die im äußeren Sonnensystem kalt waren, plötzlich einen drastischen Anstieg ihrer Oberflächentemperaturen erleben werden“, sagt Becker. „Es kann ihre Ozeane verdunsten lassen und sie viel Wasser kosten.“

Daher muss ein erdähnlicher Planet mindestens etwa 5 bis 6 Astronomische Einheiten (1 AE ist die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und unserer Sonne) von seinem sterbenden Stern entfernt sein, um eine nennenswerte Menge seines Wassers durch die Schwellung des Sterns und des Sterns zurückzuhalten Verbrauch von Planeten- und Lichtbombardements, so die neue Studie.

Doch die Ruhe nach dem Sturm stellt ein weiteres Hindernis dar. Im Laufe einer Milliarde Jahren oder länger wird der einst wütende Stern schrumpfen und abkühlen.

„Wenn man in dieser gefährlichen Zeit weit genug weg sein kann, um sein Oberflächenwasser nicht zu verlieren, ist das gut“, sagt Becker. „Aber der Nachteil ist, dass man so weit vom Stern entfernt ist, dass das gesamte Wasser aus Eis besteht, und das ist nicht gut für das Leben.“

Letztendlich wird der Weiße Zwerg so klein und so kalt sein, dass ein Planet, der genug Wärme erhält, um flüssiges Wasser zu haben, mehr als 1 % einer astronomischen Einheit groß sein müsste, also sehr weit von der Sicherheitsgrenze von 5 bis 6 AE entfernt.

Eine Möglichkeit, die Umlaufbahn eines Planeten so weit zu verschieben, die sogenannte Gezeitenwanderung, könnte helfen.

„Die Veränderung der Umlaufbahn eines Planeten ist ziemlich normal“, sagt Becker. „Bei der Gezeitenwanderung bringt eine dynamische Instabilität zwischen den Planeten im System einen von ihnen auf eine Umlaufbahn mit hoher Exzentrizität, ähnlich einem Kometen, wo er dem Zentralkörper des Systems sehr nahe kommt und sich dann wieder von ihm entfernt.“

Diese Art von Umlaufbahnen werden sich auf weniger exzentrische und stabilere Flugbahnen einstellen, die einen Planeten sehr nahe an einen Weißen Zwerg bringen könnten.

„Wenn man alle diese Modelle zusammenfasst, sieht man, dass es eine gefährliche Reise für den Planeten ist und es für die Ozeane schwierig ist, diesen Prozess zu überleben, aber es ist möglich“, sagt Becker, zu dessen Mitarbeitern Andrew Vanderburg vom Massachusetts Institute of Technology gehört. Technologischer Astrophysiker, der zuletzt Professor an der UW-Madison war, und Joseph Livesey, ein Doktorand an der UW-Madison.

Zusätzliche Arbeiten zu den Umständen möglicher Paarungen zwischen Weißen Zwergen und Planeten würden dazu beitragen, die Chancen zu verbessern und die Entscheidungsfindung zu erleichtern, wenn es an der Zeit ist, begrenzte Teleskopressourcen für die Suche nach Planeten bereitzustellen, die wahrscheinlich Leben beherbergen.

„Wenn wir eine große Anzahl Weißer Zwerge finden, die gute Kandidaten für potenziell bewohnbare Exoplaneten sind, könnte sich das lohnen“, sagt Becker. „Und diese theoretischen Techniken werden uns helfen, die besten Ziele herauszusuchen, damit wir nicht zu viel Zeit mit den uninteressantesten verbringen.“