Das Rätsel der Sternmetallverschmutzung lösen

Tote Sterne, sogenannte Weiße Zwerge, haben eine ähnliche Masse wie die Sonne und eine ähnliche Größe wie die Erde. Sie kommen in unserer Galaxie häufig vor, da 97 % der Sterne Weiße Zwerge sind. Wenn Sterne das Ende ihres Lebens erreichen, kollabieren ihre Kerne und bilden die dichte Kugel eines Weißen Zwergs, wodurch unsere Galaxie einem ätherischen Friedhof ähnelt.

Trotz ihrer Verbreitung ist die chemische Zusammensetzung dieser Sternreste den Astronomen seit Jahren ein Rätsel. Das Vorhandensein von Schwermetallelementen wie Silizium, Magnesium und Kalzium auf den Oberflächen vieler dieser kompakten Objekte ist eine rätselhafte Entdeckung, die unsere Erwartungen an das Verhalten von Sternen in Frage stellt.

„Wir wissen, dass, wenn diese Schwermetalle auf der Oberfläche des Weißen Zwergs vorhanden sind, diese dicht genug ist, dass diese Schwermetalle sehr schnell in Richtung Kern fließen“, erklärt JILA-Doktorandin Tatsuya Akiba. „Man sollte also kein Metall auf der Oberfläche eines Weißen Zwergs sehen, es sei denn, der Weiße Zwerg frisst aktiv etwas.“

Obwohl Weiße Zwerge verschiedene nahe gelegene Objekte wie Kometen oder Asteroiden (sogenannte Planetesimale) verschlingen können, müssen die Feinheiten dieses Prozesses noch vollständig erforscht werden. Dieses Verhalten könnte jedoch der Schlüssel zur Lösung des Rätsels um die metallische Zusammensetzung eines Weißen Zwergs sein und möglicherweise zu aufregenden Enthüllungen über die Dynamik von Weißen Zwergen führen.

Über die Ergebnisse berichtet ein neuer Artikel in Briefe aus dem Astrophysikalischen Journal, Akiba glaubt zusammen mit Ann-Marie Madigan, einer JILA-Stipendiatin und Professorin für Astrophysik und Planetenwissenschaften an der University of Colorado in Boulder, und Selah McIntyre, einer Studentin, einen Grund gefunden zu haben, warum diese Sternzombies ihre Planetesimale in der Nähe fressen . Mithilfe von Computersimulationen simulierten die Forscher, dass der Weiße Zwerg während seiner Entstehung einen „Geburtsstoß“ erhielt (der beobachtet wurde), der durch einen asymmetrischen Massenverlust verursacht wurde, der seine Bewegung und die Dynamik aller umgebenden Materie veränderte.

In 80 % ihrer Tests beobachteten die Forscher, dass sich die Umlaufbahnen von Kometen und Asteroiden, die sich in einem Bereich von 30 bis 240 AE vom Weißen Zwerg (entsprechend der Entfernung zwischen Sonne und Neptun und darüber hinaus) befanden, von Anfang an ausdehnten aufgereiht. . Darüber hinaus stammen etwa 40 % der anschließend verbrauchten Planetesimale aus gegenläufigen (retrograden) Umlaufbahnen.

Die Forscher erweiterten ihre Simulationen auch, um die Dynamik des Weißen Zwergs nach 100 Millionen Jahren zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass Planetesimale in der Nähe des Weißen Zwergs immer noch verlängerte Umlaufbahnen hatten und sich als zusammenhängende Einheit bewegten, ein noch nie dagewesenes Ergebnis.

„Das ist meiner Meinung nach einzigartig in unserer Theorie: Wir können erklären, warum Akkretionsereignisse so lange andauern“, sagt Madigan. „Während andere Mechanismen ein ursprüngliches Akkretionsereignis erklären können, zeigen unsere Simulationen, warum es Hunderte Millionen Jahre später immer noch geschieht.“

Diese Ergebnisse erklären, warum Schwermetalle auf der Oberfläche eines Weißen Zwergs gefunden werden, da der Weiße Zwerg auf seinem Weg ständig kleinere Objekte verschlingt.

Es geht nur um die Schwerkraft

Während sich Madigans Forschungsgruppe am JILA auf die Gravitationsdynamik konzentriert, schien die Untersuchung der Schwerkraft rund um Weiße Zwerge ein natürliches Studienziel zu sein.

„Simulationen helfen uns, die Dynamik verschiedener astrophysikalischer Objekte zu verstehen“, erklärt Akiba. „In dieser Simulation werfen wir also einen Haufen Asteroiden und Kometen um den Weißen Zwerg, der deutlich größer ist, und sehen, wie sich die Simulation entwickelt und welche dieser Asteroiden und Kometen der Weiße Zwerg frisst.“

Die Forscher hoffen, ihre Simulationen in zukünftigen Projekten auf größere Maßstäbe auszudehnen und zu untersuchen, wie Weiße Zwerge mit größeren Planeten interagieren.

Akiba erklärt: „Andere Studien deuten darauf hin, dass Asteroiden und Kometen, die kleinen Körper, möglicherweise nicht die einzige Quelle der Metallverschmutzung auf der Oberfläche des Weißen Zwergs sind. Weiße Zwerge könnten also etwas Größeres, wie einen Planeten, fressen.“

Erfahren Sie mehr über die Entstehung des Sonnensystems

Diese neuen Erkenntnisse verraten mehr über die Entstehung von Weißen Zwergen, was wichtig ist, um zu verstehen, wie sich Sonnensysteme über Millionen von Jahren entwickeln. Sie tragen auch dazu bei, Licht auf die Ursprünge und die zukünftige Entwicklung unseres Sonnensystems zu werfen und mehr über die beteiligte Chemie zu enthüllen.

„Die überwiegende Mehrheit der Planeten im Universum wird irgendwann einen Weißen Zwerg umkreisen“, sagt Madigan. „Es könnte sein, dass 50 % dieser Systeme von ihren Sternen gefressen werden, einschließlich unseres eigenen Sonnensystems. Wir haben jetzt einen Mechanismus, um zu erklären, warum das passieren würde.“

„Planetesimale können uns Einblicke in andere Sonnensysteme und Planetenzusammensetzungen geben, die über unseren Wohnort in unserer Sonnenregion hinausgehen“, fügt McIntyre hinzu. „Weiße Zwerge sind nicht nur eine Linse in die Vergangenheit. Sie sind auch eine Art Linse in die Zukunft.“