Tote Planeten um Weiße Zwerge könnten Funkwellen aussenden, die wir erkennen können, und Signale für Milliarden von Jahren senden
Wenn ein Stern das Ende seines Lebenszyklus erreicht, bläst er seine äußeren Schichten in einer feurigen Explosion ab, die als Supernova bekannt ist. Bei weniger massereichen Sternen bleibt ein Weißer Zwerg zurück. In ähnlicher Weise werden auch die äußeren Schichten aller Planeten, die den Stern einst umkreisten, durch den heftigen Ausbruch weggeblasen und die Kerne bleiben zurück.
Seit Jahrzehnten können Wissenschaftler diese planetarischen Überreste erkennen, indem sie nach den Radiowellen suchen, die durch ihre Wechselwirkungen mit dem Magnetfeld des Weißen Zwergs erzeugt werden. Laut neuen Forschungen eines Forscherpaares werden diese „radiolauten“ Planetenkerne noch bis zu einer Milliarde Jahre nach dem Tod ihrer Sterne Funksignale aussenden, sodass sie von der Erde aus nachweisbar sind.
Die Forschung wurde von Dr. Dimitri Veras von der Zentrum für Exoplaneten und Bewohnbarkeit an der University of Warwick und Prof. Alexander Wolszczan, dem berühmten Exoplanetenjäger der Zentrum für Exoplaneten und bewohnbare Welten an der Pennsylvania State University. Die Studie, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, wurde kürzlich in der veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society .
Künstlerische Darstellung eines weißen Zwergsterns, umgeben von planetarischen Überresten. Bildnachweis und ©: Mark A. Garlick/space-art.co.uk/University of Warwick
Diese Methode zum Aufspüren von Exoplaneten ist eigentlich ziemlich altmodisch. Tatsächlich wurde es 1990 von Dr. Wolszcan selbst verwendet, um den allerersten bestätigten Exoplaneten um einen Pulsar zu entdecken. Dies ist möglich, weil das starke Magnetfeld eines Weißen Zwergs mit der metallischen Konstitution eines umlaufenden Planetenkerns interagiert.
Dadurch wirkt der Kern als Leiter, was zur Bildung eines unipolaren Induktorkreises führen kann. Die Strahlung dieses Stromkreises wird in Form von Radiowellen ausgesendet, die dann von Radioteleskopen auf der Erde entdeckt werden können. Veras und Wolszcan versuchten jedoch herauszufinden, wie lange diese Kerne überleben können, nachdem sie von ihren äußeren Schichten befreit wurden (und somit wie lange sie noch nachgewiesen werden können).
Einfach ausgedrückt werden Planetenkerne, die einen Weißen Zwergstern umkreisen, aufgrund des Einflusses der elektrischen und magnetischen Felder des Weißen Zwergs unweigerlich nach innen gezogen (ein Phänomen, das als Lorenz-Drift bekannt ist). Sobald sie nahe genug herankommen, werden die planetarischen Überreste von der mächtigen Schwerkraft des Weißen Zwergs zerrissen und verzehrt – dann sind sie nicht mehr nachweisbar.
In früheren Modellen berechneten Astronomen die Überlebensfähigkeit planetarischer Kerne basierend darauf, wie lange es dauern würde, bis die Kerne nach innen driften. Veras und Wolszcan haben jedoch auch den Einfluss von Gravitationsfluten in ihr Modell aufgenommen, die eine gleiche oder dominante Kraft darstellen können.
Arecibo-Observatorium, das weltweit größte Radioteleskop mit einer einzigen Schüssel. Bildnachweis: NAIC/Arecibo-Observatorium/NSF
Anschließend führten sie Simulationen durch, bei denen der gesamte Bereich der beobachtbaren magnetischen Feldstärken des Weißen Zwergs und ihre potenziellen elektrischen Leitfähigkeiten in der Atmosphäre verwendet wurden. Am Ende zeigte ihre Modellierung, dass Planetenkerne in vielen Fällen über 100 Millionen Jahre und bis zu einer Milliarde Jahre überleben könnten. Als Dr. Veras erklärt :
„Es gibt einen Sweet Spot, um diese planetarischen Kerne zu entdecken: Ein Kern, der dem Weißen Zwerg zu nahe ist, würde durch die Gezeitenkräfte zerstört, und ein zu weit entfernter Kern wäre nicht nachweisbar. Wenn das Magnetfeld zu stark ist, würde es den Kern in den Weißen Zwerg drücken und ihn zerstören. Daher sollten wir nur um diese Weißen Zwerge herum nach Planeten mit schwächeren Magnetfeldern in einem Abstand zwischen etwa 3 Sonnenradien und der Merkur-Sonne-Entfernung suchen.“
„Niemand hat jemals zuvor nur den nackten Kern eines großen Planeten gefunden, weder einen großen Planeten nur durch die Überwachung magnetischer Signaturen noch einen großen Planeten um einen Weißen Zwerg. Daher würde eine Entdeckung hier in dreierlei Hinsicht ‚Premiere‘ für Planetensysteme darstellen.“
Die beiden hoffen, ihre Ergebnisse nutzen zu können, um zukünftige Suchen nach planetarischen Kernen um Weiße Zwerge herum zu unterstützen. „Wir werden die Ergebnisse dieser Arbeit als Richtlinien für die Planung von Radiosuchen nach planetarischen Kernen um Weiße Zwerge verwenden“, sagte Prof. Wolszczan. 'Angesichts der vorhandenen Beweise für das Vorhandensein von planetarischen Trümmern um viele von ihnen herum glauben wir, dass unsere Chancen auf spannende Entdeckungen ziemlich gut sind.'
Das Green Bank Telescope ist das weltweit größte, voll steuerbare Teleskop. Kredit: NRAO/AUI/NSF
Sie hoffen, diese Beobachtungen mit Radioteleskopen wie dem Arecibo-Observatorium in Puerto Rico und den Green Bank Teleskop in West-Virginia. Diese fortschrittlichen Instrumente werden es ihnen ermöglichen, Weiße Zwerge in denselben Teilen des elektromagnetischen Spektrums zu beobachten, die die bahnbrechende Entdeckung von Prof. Wolszczan und Kollegen im Jahr 1990 ermöglichten.
„Eine Entdeckung würde auch dazu beitragen, die Geschichte dieser Sternensysteme aufzudecken, denn wenn ein Kern dieses Stadium erreicht hätte, wäre er irgendwann gewaltsam seiner Atmosphäre und seines Mantels beraubt und dann auf den Weißen Zwerg geworfen worden“, fügte Dr. Veras hinzu . „Ein solcher Kern könnte auch einen Einblick in unsere eigene ferne Zukunft geben und wie sich das Sonnensystem schließlich entwickeln wird.“
In Milliarden von Jahren, nachdem unsere Sonne zur Supernova geworden ist und die Planeten im inneren Sonnensystem verbrannte Metallkugeln sind, ist es etwas ermutigend zu wissen, dass außerirdische Zivilisationen (oder möglicherweise unsere Nachkommen) immer noch in der Lage sein werden, die Überreste zu untersuchen der Erde.