Kosmische „Zwillingsstudien“ zeigen, dass planetarischer Kannibalismus weit verbreitet ist

Wie stabil sind Planetensysteme? Werden die Erde und ihre sieben Geschwister ihre stabile Himmelsbahn immer beibehalten oder könnten wir eines Tages zufällig aus unserer kosmischen Heimat geschleudert werden?

Physiker verstehen die Regeln, die die Umlaufbahnen zweier Himmelskörper bestimmen, aber sobald ein dritter hinzukommt (ganz zu schweigen von einem vierten, fünften oder hundertsten), wird die Dynamik viel komplexer. Es kommt zu unvorhersehbaren Instabilitäten, bei denen ein Objekt zufällig in den Weltraum geschleudert wird oder in seinen Wirtsstern fällt.

Das sogenannte „Drei-Körper-Problem“ beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrhunderten (und ist in jüngster Zeit Gegenstand einer Reihe erfolgreicher Science-Fiction-Romane und einer neuen Netflix-Adaption). Ein Hindernis für das Verständnis besteht darin, dass wir relativ wenig darüber wissen, wie oft solche katastrophalen Instabilitäten auftreten.

In einer neuen, in Nature veröffentlichten Studie beleuchten wir und unsere Kollegen diese Frage. Bei einer Untersuchung naher Sterne haben wir herausgefunden, dass bis zu ein Paar von zwölf Sternen einen Planeten verschlungen haben könnte, wahrscheinlich weil der Planet in seiner Umlaufbahn ein „Wackeln“ entwickelte und in den Stern fiel.

Zwillinge studieren

Unsere Studie ergab, dass mindestens 8 % der Sternpaare in unserer Stichprobe chemische Anomalien aufwiesen, die darauf hindeuteten, dass ein Stern Planetenmaterial verschluckt hatte, das ihn einst umkreiste.

Um dieses subtile Signal zu erkennen, mussten wir andere mögliche Erklärungen für diese chemischen Modelle ausschließen. Wir haben uns daher auf „Zwillingssterne“ konzentriert, von denen bekannt ist, dass sie gleichzeitig aus derselben Materialmischung geboren werden.

Dieser Ansatz kann Störfaktoren beseitigen, so wie Zwillingsstudien manchmal in der soziologischen oder medizinischen Forschung eingesetzt werden.

Das Ergebnis stammt aus einer Studie über Zwillingssterne namens C3PO, die von einem der Autoren (Ting) in den Vereinigten Staaten initiiert wurde und der sich später Liu und andere anschlossen.

Unser Team hat eine exquisite Stichprobe spektroskopischer Daten von 91 Zwillingssternpaaren gesammelt, die um ein Vielfaches größer ist als bei ähnlichen Studien, die in der Vergangenheit durchgeführt wurden.

Wir fanden heraus, dass sich einige Sterne von ihren Zwillingen unterschieden und ein deutliches chemisches Muster mit höheren Mengen einiger Elemente wie Eisen, Nickel und Titan im Vergleich zu anderen wie Kohlenstoff und Sauerstoff aufwiesen. Diese Unterschiede weisen eindeutig darauf hin, dass der Stern einen Planeten verschluckt hat.

Instabilitäten können überraschend häufig auftreten

Wenn ein Wirtsstern ein oder mehrere Mitglieder eines Planetensystems verschlingt, deutet dies darauf hin, dass eine gewisse Instabilität in der Dynamik des Systems aufgetreten sein muss.

Simulationen deuten darauf hin, dass eine solche Instabilität früh im Leben eines Planetensystems, etwa in den ersten 100 Millionen Jahren, häufig auftreten könnte. Allerdings wären Spuren versunkener Planeten in dieser frühen Periode in den von uns beobachteten Sternen, die Milliarden Jahre alt sind, nicht nachweisbar.

Dies deutet darauf hin, dass die von uns beobachteten chemischen Anomalien durch neuere Instabilitäten verursacht wurden, die dazu führten, dass einige Planeten oder Planetenmaterialien von Sternen verschlungen wurden.

Diese Offenbarung kommt nicht völlig unerwartet. Theoretiker, die sich mit der Dynamik von Planeten befassen, darunter unser Co-Autor Bertram Bitsch, haben festgestellt, dass viele Planetensysteme bekanntermaßen instabil sind, insbesondere Systeme mit einer Planetenart, die „Supererde“ genannt wird – Planeten, die zwar etwas größer als die Erde sind, aber viel kleiner. als Riesen wie Jupiter.

Systeme, zu denen auch eine Supererde gehört, können besonders instabil sein. Das gravitative Tauziehen zwischen dem Mutterstern und seinen massereichen Planeten könnte zu Instabilität führen.

Eine heikle Balance

Unsere Studie ermutigt uns, unseren Platz im Universum zu überdenken. Obwohl wir Stabilität in unserem Sonnensystem als selbstverständlich betrachten, ist sie möglicherweise nicht im gesamten Kosmos normal.

Unsere Studie deutet nicht darauf hin, dass wir solche Instabilitäten in unserem eigenen Sonnensystem wahrscheinlich erleben werden. Trotz unserer neuen Ergebnisse ist es jedoch wichtig zu erkennen, dass eine Planetenüberflutung und Instabilität nur in einer Minderheit der Fälle auftritt.

Wir hoffen, dass unsere Studie mehr Menschen dazu inspirieren wird, Planetensysteme und ihre Beziehungen zu ihren Wirtssternen zu untersuchen. Unser Verständnis der Dynamik von Vielteilchensystemen ist noch sehr unvollständig.

Während wir weiterhin die Geheimnisse des Kosmos erforschen, erinnern uns Studien wie diese an das empfindliche Gleichgewicht, das das Gedeihen des Lebens auf der Erde ermöglicht, und an die potenzielle Zerbrechlichkeit unserer kosmischen Heimat.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.