Astronomen schätzen, dass in etwa vier Milliarden Jahre , unsere Sonne wird die Hauptreihenphase ihrer Existenz verlassen und ein roter Riese werden. Dies wird darin bestehen, dass der Sonne der Wasserstoff ausgeht und sie sich auf ein Mehrfaches ihrer aktuellen Größe ausdehnt. Dies wird dazu führen, dass die Erde unbewohnbar wird, da diese Rote Riesensonne entweder die Erdatmosphäre wegbläst (und die Oberfläche unbewohnbar macht) oder sich ausdehnt, um die Erde vollständig zu verbrauchen.
In vielerlei Hinsicht kommt die Erde mit diesen vorhergesagten Szenarien leicht zurecht. Andere Planeten, wie z WASP-12b , haben nicht den Luxus, Milliarden von Jahren darauf zu warten, dass ihr Stern das Ende seiner Lebensdauer erreicht, bevor sie sie auffressen. nach a Kürzlich durchgeführte Studie von einem Team von Astrophysikern unter der Leitung von Princeton, dieser extrasolare Planet dreht sich spiralförmig auf seinen Stern zu und wird in nur 3 Millionen Jahren von einem feurigen Tod verzehrt.
Das Forschungsteam, dessen Ergebnisse kürzlich in der Ausgabe vom 27. Dezember 2019 von . erschienen sind Die Briefe des Astrophysikalischen Journals , wurde von dem Astrophysik-Studenten Samuel W. Yee von der Princeton University geleitet. Er wurde von Mitgliedern des Caltech, der UC Berkely, der Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), MIT’s Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung , Penn State Zentrum für Exoplaneten und HabitableWorlds .
Künstlerisches Konzept eines jupitergroßen Exoplaneten, der relativ nahe um seinen Stern kreist (auch bekannt als „heißer Jupiter“). Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
WASP-12b ist ein Gasriese mit etwa 1,5 Jupitermassen, der sich etwa 600 Lichtjahre entfernt im Sternbild Auriga befindet. Es hat auch eine sehr enge Umlaufbahn von etwa 0,0234 AE, etwa 2% der Entfernung zwischen Erde und Sonne, und dauert nur 26 Stunden, um eine einzelne Umlaufperiode zu absolvieren. Dies macht WASP-12b zu dem, was Astronomen als 'Hot Jupiter' bezeichnen, eine ziemlich verbreitete Klasse von Planeten, die Astronomen verwirrt hat.
Wie Joshua Winn , Professor für Astrophysik an der Princeton University und einer der Autoren des Artikels, erklärt :
„Seit der Entdeckung des ersten ‚heißen Jupiter‘ im Jahr 1995 – eine Entdeckung, die mit dem diesjährigen Nobelpreis für Physik gewürdigt wurde – fragen wir uns, wie lange solche Planeten überleben können. Wir waren uns ziemlich sicher, dass sie nicht ewig halten konnten. Die starken gravitativen Wechselwirkungen zwischen Planet und Stern sollten dazu führen, dass sich der Planet nach innen dreht und zerstört wird, aber niemand konnte vorhersagen, wie lange dies dauert. Es können Millionen von Jahren sein, es können Milliarden oder Billionen sein. Jetzt, da wir die Geschwindigkeit für mindestens ein System gemessen haben – es sind Millionen von Jahren – haben wir einen neuen Hinweis auf das Verhalten von Sternen als Fluidkörper.“
WASP-12b wurde 2008 unter Verwendung von . entdeckt Transitphotometrie , wobei periodische Helligkeitsabfälle das Vorbeiziehen eines Planeten vor einem Stern (relativ zum Beobachter) anzeigen. Seitdem hat sich das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Einbrüchen mit einer Rate von 29 Millisekunden pro Jahr verkürzt. Dieser Prozess wurde erstmals 2017 von Kishore Patra beobachtet, einem Co-Autor der Studie, der damals am MIT studiert hatte.
Astronomen führen dies auf die Gravitationswechselwirkung zwischen diesem Planeten und seinem Mutterstern zurück, die zu Gezeitenstörungen führt. Diese Störungen führen dazu, dass der Stern verzerrt und schwingt, was die Umlaufenergie des Planeten allmählich in Wärme im Stern umwandelt und auch ein Gravitationsdrehmoment auf den Planeten ausübt, das dazu führt, dass seine Umlaufenergie zerfällt.
WASP-12b umkreist seinen Stern so nahe, dass er auf rekordverdächtige 2250 °C (über 4000 °F) erhitzt wird. Bildnachweis: ESA/C Carreau
Einer der ersten Menschen, der voraussagte, dass die Umlaufbahn der heißen Jupiter zerfallen und sie schließlich von ihrem Stern verschlungen werden würden, war Frederic-Verhältnis , dem Joseph Cummings Professor für Physik und Astronomie an der Northwestern University. Obwohl er nicht an dieser Studie beteiligt war, fungiert Rasio auch als Redakteur fürDie Briefe des Astrophysikalischen Journalsund war maßgeblich an der Veröffentlichung der Studie beteiligt.
„Wir alle haben fast 25 Jahre darauf gewartet, dass dieser Effekt durch Beobachtungen entdeckt wird“, sagte er. „Die Auswirkungen der kurzen gemessenen Zeitskala für den Orbitalzerfall sind ebenfalls sehr wichtig. Dies bedeutet insbesondere, dass es noch viel mehr heiße Jupiter geben muss, die bereits den ganzen Weg gegangen sind. Wenn sie die Roche-Grenze erreichen – die Gezeitenunterbrechungsgrenze für ein Objekt auf einer kreisförmigen Umlaufbahn – könnten ihre Hüllen abgelöst werden und einen felsigen Kern enthüllen, der wie eine Supererde aussieht (oder vielleicht ein Mini-Neptun, wenn sie eine Stück ihres Umschlags).“
Beobachtungsnachweise waren notwendig, da eine Verkürzung der Umlaufzeit eines Exoplaneten auf mehr als nur einen Orbitalzerfall zurückzuführen sein kann. Wenn beispielsweise die Umlaufbahn von WASP-12b besonders exzentrisch (eher elliptisch als kreisförmig) ist, könnten die scheinbaren Änderungen durch eine Änderung der Orientierung ihrer Umlaufbahn verursacht werden.
Der einzige Weg, um sicher zu sein, besteht darin, zu beobachten, wie der Planet hinter seinem Stern verschwindet (bekannt als Bedeckung), um zu sehen, ob diese Perioden ebenfalls kürzer werden. In den letzten zwei Jahren sammelten Yee und seine Kollegen weitere Daten zu WASP-12b – einschließlich neuer Bedeckungsbeobachtungen mit dem Spitzer Weltraumteleskop – um ein besseres Gefühl für seine Umlaufbahn zu bekommen.
Künstlerische Darstellung eines „heißen Jupiter“, eines Gasriesen, der seine Sonne in einem Bruchteil der Entfernung zwischen Erde und Sonne umkreist. Bildnachweis: ESA/ATG medialab
Daraus konnten sie Radialgeschwindigkeitsdaten des Gasriesen sammeln, die darauf hindeuteten, dass sich seine Umlaufbahn im Zerfall befindet. Als Yee erklärt :
„Diese neuen Daten stützen das Szenario des Orbitalzerfalls nachdrücklich und ermöglichen es uns, fest zu sagen, dass sich der Planet tatsächlich in Richtung seines Sterns bewegt. Dies bestätigt die langjährigen theoretischen Vorhersagen und indirekten Daten, die darauf hindeuten, dass heiße Jupiter durch diesen Prozess schließlich zerstört werden sollten.“
Diese Entdeckung hilft Astronomen bereits, die Lebenszyklen heißer Jupiter besser zu verstehen, was auch dazu beitragen könnte, unser Verständnis der Entstehung dieser exotischen Exoplaneten zu verbessern. Es könnte Astronomen auch helfen, mehr über die interne Funktionsweise von Sternen zu erfahren, da die Geschwindigkeit, mit der die Umlaufbahn eines Planeten schrumpft, zeigt, wie schnell sein Mutterstern die Umlaufenergie verbraucht.
In der Zwischenzeit hoffen Astronomen auf weitere Beispiele von heißen Jupitern, um zu sehen, ob sie das gleiche Schicksal teilen. „Wenn wir mehr Planeten wie WASP-12b finden, deren Umlaufbahnen zerfallen, können wir etwas über die Entwicklung und das mögliche Schicksal exoplanetarer Systeme erfahren“, sagte Yee. „Obwohl dieses Phänomen in der Vergangenheit für nahegelegene Riesenplaneten wie WASP-12b vorhergesagt wurde, ist dies das erste Mal, dass wir diesen Prozess in Aktion erleben.“
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