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Wie der Stern so der Planet?
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
15. Oktober 2021
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen der Zusammensetzung
von Planeten und der ihres jeweiligen Zentralsterns? Da beide grundsätzlich aus
dem gleichen Material entstehen, sollte es hier zumindest gewisse Ähnlichkeiten
geben. Ein internationales Forschungsteam hat nun empirische Belege für einen
solchen Zusammenhang gesammelt und dabei auch Überraschendes festgestellt.
Illustration der Planetenentstehung um einen
sonnenähnlichen Stern, wobei die Bausteine der
Planeten – Gestein und Eisenmoleküle – im
Vordergrund zu sehen sind.
Bild: Tania Cunha (Planetário do Porto -
Centro Ciência Viva & Instituto de Astrofísica e
Ciências do Espaço) [Großansicht] |
Sterne und Planeten entstehen aus demselben kosmischen Gas und Staub. Im
Verlauf des Entstehungsprozesses kondensiert ein Teil des Materials und bildet
Gesteinsplaneten, der Rest wird entweder vom Stern aufgesammelt oder wird Teil
von Gasplaneten. Die Annahme eines Zusammenhangs zwischen der Zusammensetzung
von Sternen und ihrer Planeten ist daher naheliegend und wird etwa im
Sonnensystem durch die meisten Gesteinsplaneten bestätigt, wobei Merkur hier die
Ausnahme darstellt.
Dennoch erweisen sich Annahmen, insbesondere in der Astrophysik, nicht
immer als wahr. Eine Studie unter der Leitung des Instituto de Astrofísica e
Ciências do Espaço in Portugal, an der auch Forschende des NFS PlanetS der
Universität Bern und der Universität Zürich beteiligt sind, liefert nun den
ersten empirischen Beweis für diese Annahme – und widerspricht ihr teilweise
zugleich.
Um herauszufinden, ob die Zusammensetzung von Sternen und ihren Planeten
zusammenhängt, verglich das Team sehr präzise Messungen von beiden. Bei den
Sternen wurde ihr ausgestrahltes Licht gemessen, das den charakteristischen
spektroskopischen Fingerabdruck ihrer Zusammensetzung trägt. Die Zusammensetzung
der Gesteinsplaneten wurde indirekt bestimmt: Aus gemessener Masse und Radius
wurde ihre Dichte und Zusammensetzung abgeleitet. Erst in jüngster Zeit sind
genügend Planeten so genau vermessen worden, dass aussagekräftige Untersuchungen
dieser Art möglich sind.
"Doch da Sterne und Gesteinsplaneten sehr unterschiedlicher Natur sind,
konnten wir ihre Zusammensetzung nicht direkt vergleichen", erklärt Christoph
Mordasini von der Universität Bern. "Stattdessen haben wir die Zusammensetzung
der Planeten mit einer theoretischen, heruntergekühlten Version ihres Sterns
verglichen. Während der größte Teil des Sternmaterials – vor allem Wasserstoff
und Helium – bei der Abkühlung als Gas verbleibt, kondensiert ein kleiner Teil,
der aus gesteinsbildendem Material wie Eisen und Silikat besteht", erklärt
Mordasini.
An der Universität Bern wird seit 2003 das "Berner Modell der Entstehung und
Entwicklung von Planeten" laufend weiterentwickelt. "Wir kombinieren in unserem
Modell Erkenntnisse zu den vielfältigen Prozessen, die bei der Entstehung und
der Entwicklung von Planeten ablaufen", so Mordasini. Mithilfe dieses Berner
Modells konnten die Forschenden die Zusammensetzung die Gesteinsmaterials des
heruntergekühlten Sterns berechnen. "Das haben wir dann mit den Gesteinsplaneten
verglichen", beschreibt Mordasini.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Annahmen bezüglich der Zusammensetzung
von Sternen und ihrer Planeten nicht grundlegend falsch waren: Die
Zusammensetzung von Gesteinsplaneten ist tatsächlich eng mit jener ihres
Wirtssterns verbunden. Allerdings ist die Beziehung nicht so simpel, wie
angenommen", fasst Vardan Adibekyan vom Instituto de Astrofísica e Ciências
do Espaço die Ergebnisse zusammen. Erwartet hatten die Forschenden, dass
die Häufigkeit dieser Elemente im Stern die Obergrenze darstellt. "Doch bei
einigen der Planeten ist etwa die Eisenhäufigkeit im Planeten sogar höher als im
Stern", erklärt Caroline Dorn von der Universität Zürich. "Dies könnte auf
gigantische Einschläge auf diesen Planeten zurückzuführen sein, bei denen ein
Teil des äußeren, leichteren Materials abbricht, während der dichte Eisenkern
zurückbleibt", so die Forscherin. Die Ergebnisse könnten den Forschenden daher
Aufschluss über die Geschichte der Planeten geben.
"Die Ergebnisse dieser Studie sind auch sehr nützlich, um die Zusammensetzung
von Planeten einzugrenzen, die auf der Grundlage der aus Masse- und
Radiusmessungen berechneten Dichte angenommen wird", erklärt Mordasini. "Da mehr
als eine Zusammensetzung zu einer bestimmten Dichte passen kann, sagen uns die
Ergebnisse unserer Studie, dass wir die möglichen Zusammensetzungen mithilfe
jener des Wirtssterns eingrenzen können." Und da die genaue Zusammensetzung
eines Planeten etwa darauf Einfluss hat, wie viel radioaktives Material er
enthält oder wie stark sein Magnetfeld ist, kann sie darüber entscheiden ob der
Planet lebensfreundlich ist oder nicht.
Ihre Ergebnisse stellt das Team in einem Fachartikel vor, der in der
Zeitschrift Science erschienen ist.
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