Die Sonne als weißer Zwergstern

Was passiert mit all den inneren Planeten, Zwergplaneten, Gasriesen und Asteroiden im Sonnensystem, wenn sich die Sonne in einen Weißen Zwerg verwandelt? Diese Frage beschäftigt derzeit ein NASA-Forscher, der an einem Modell baut, wie sich unser Sonnensystem entwickeln könnte, wenn unsere Sonne an Masse verliert und sich gewaltsam in einen elektronenentarteten Stern verwandelt. Es stellt sich heraus, dass die Arbeit von Dr. John Debes einige sehr interessante Implikationen hat. Da wir genauere Techniken verwenden, um existierende Weiße Zwerge mit den staubigen Überresten der Gesteinskörper zu beobachten, die sie früher umkreisten, könnten die Ergebnisse von Debes' Modell als Vergleich verwendet werden, um zu sehen, ob existierende Weiße Zwerge der Sonne unserer Sonne ähneln könnte in 4-5 Milliarden Jahren aussehen…

Ein Vergleich der Sonne in ihrer Gelben-Zwerg- und Roten-Riesen-Phase

Heute ist unsere Sonne ein gesunder gelber Zwergstern. Wenn man genau sein will, ist es ein „G V-Stern“. Dieser gelbe Zwerg wird glücklich 600 Millionen Tonnen Wasserstoff verbrennenpro Sekundein seinem Kern 10 Milliarden Jahre lang das Licht erzeugt, das notwendig ist, um unseren Planeten bewohnbar zu machen. Die Sonne hat diese Phase der Wasserstoffverbrennung ungefähr zur Hälfte durchlaufen, also ist es in Ordnung, die Dinge werden sich (zumindest für die Sonne) noch lange nicht ändern.

Aber was passiert dann? Was passiert in 4-5 Milliarden Jahren, wenn der Wasserstoff im Kern zur Neige geht? Obwohl unsere Sonne nicht massiv genug ist, um den Gedanken zu hegen, in einer Flamme des Supernova-Glanzes zu erlöschen, wird sie dennoch einen aufregenden, aber erschreckenden Tod erleben. Nachdem sich die Sonne durch die Wasserstoffverbrennungsphase entwickelt hat, wird sich die Sonne zu einem riesigen roten Riesenstern aufblähen, wenn der Wasserstoffbrennstoff knapp wird, sich 200 Mal so groß ausdehnt, wie sie jetzt ist, wahrscheinlich die Erde verschluckt. Helium und dann zunehmend schwerere Elemente werden in und um den Kern geschmolzen. Die Sonne wird jedoch niemals Kohlenstoff verschmelzen, sondern ihre äußeren Schichten abstoßen und einen planetarischen Nebel bilden.

Sobald sich die Lage beruhigt hat, bleibt ein kleines funkelndes Juwel eines weißen Zwergsterns zurück. Dieser winzige Überrest wird etwa die Hälfte der Masse unserer heutigen Sonne haben, aber die Größe der Erde haben. Unnötig zu erwähnen, dass Weiße Zwerge eine sehr dichte, intensive Anziehungskraft haben, der nicht durch Fusion im Kern (wie alle Hauptreihensterne) begegnet wird, sondern durch Elektronenentartungsdruck .

Relative Größen von IK Pegasi A (links), IK Pegasi B (untere Mitte; ein weißer Zwerg) und der Sonne (NASA)

Wenn das Sonnensystem diese Phase seiner Evolution erreicht, wie wird es aussehen? Was wird aus den Asteroiden, Gasriesen, Monden und Gesteinsplaneten? Ich hatte das große Glück, auf der Konferenz der American Astronomical Society (AAS) im Januar in Long Beach (Kalifornien) mit dem Astrophysiker Dr. John Debes vom Goddard Space Flight Center der NASA zu sprechen, der einen n-Körper-Code entwickelt, der ein sich entwickelndes Sonnensystem simuliert.

Nachdem die Sonne die Wasserstofffusion in ihrem Kern gestoppt hat, verliert sie an Masse, da sie nach der Roten Riesenphase und der nachfolgenden planetarischen Nebelbildung ihre äußeren Schichten abstößt. Es wird geschätzt, dass die Sonne in dieser Zeit etwa 50% ihrer Masse verlieren wird, was sich natürlich auf das gesamte Sonnensystem auswirkt. Wenn die Sonne an Masse verliert, driften die äußeren Planeten (wie Jupiter) nach außen und vergrößern ihre Bahnradien. In der Simulation achtet Debes sehr darauf, dass die Sonnenmasse allmählich reduziert wird, um die Stabilität der Simulation zu gewährleisten.

Was uns bleibt, ist ein altes Sonnensystem, in dem nur noch wenig von den inneren Planeten übrig ist (es ist wahrscheinlich, dass alles innerhalb der Erdumlaufbahn von der Sonne verschluckt wurde, als sie sich durch die Phase des Roten Riesen ausdehnte). Obwohl das zukünftige Sonnensystem des Weißen Zwergs der Gegenwart sehr fremd erscheinen wird, werden sich einige Dinge nicht ändern. Die Umlaufbahn des Jupiter könnte mit dem Rückgang der Sonnenmasse zurückgegangen sein, er wird ein planetarisches Schwergewicht bleiben und die Umlaufbahnen von Asteroiden stören. Mithilfe bekannter Asteroidendaten kann sich die Bewegung dieser Gesteinsbrocken entwickeln, und über Millionen von Jahren können sie aus dem Sonnensystem geworfen oder, interessanter, näher an den Weißen Zwerg gedrängt werden. Sobald sich das gesamte System beruhigt hat, werden die Resonanzen im Asteroidengürtel verstärkt; Kirkwood-Lücken (verursacht durch Gravitationsresonanz mit Jupiter) werden sich erweitern, und laut Debes' Simulationen werden die Ränder dieser Lücken noch mehr gestört, wodurch mehr Asteroiden zur Verfügung stehen, die durch Gezeiten zerstört und zu Staub zerkleinert werden können.

Künstlerkonzept eines zerfetzten Asteroiden um den Weißen Zwerg (NASA/JPL-Caltech)

Die AAS-Konferenz war voller erstaunlicher Forschungen über die Beobachtungen von Weißen Zwergen . Der Grund dafür ist, dass es viele weiße Zwerge mit staubigen metallischen Absorptionslinien gibt. Dies bedeutet, dass früher Gesteinskörper um diese Sterne kreisten, die jedoch (durch Gezeitenscherung) pulverisiert wurden, damit Astronomen sie analysieren können. Diese Systeme der Weißen Zwerge können uns einen Hinweis darauf geben, welche Mechanismen die Weißen Zwerge mit staubigem Material versorgen könnten, und uns sogar einen Blick in die Zukunft unseres Sonnensystems geben.

'Wir haben ein physikalisches Bild für die Verbindung zwischen Planetensystemen und staubigen Weißen Zwergen“, sagte Debes, als er sein Modell in Bezug auf die mysteriösen Beobachtungen des staubigen Weißen Zwergs beschrieb. “Staubige Weiße Zwerge sind wirklich ein Mysterium! Wir denken, wir wissen, was los sein könnte, aber wir haben noch keine rauchende Waffe. '

Debes ist jedoch nahe daran, eine mögliche rauchende Waffe zu finden. Er stützt sein Modell auf einige der Schlüsselmerkmale dieser alten staubigen Überreste, um zu sehen, wie das Sonnensystem in Milliarden von Jahren aussehen könnte.

Also, woher kommt dieser Staub? Da die Umlaufbahnen der Asteroiden durch Jupiter gestört werden, können sie nahe genug herankommen, um von den Gezeiten gestört zu werden. Wenn Sie zu nahe kommen, werden sie durch die Gravitationsscherung, die durch den steilen Gezeitenradius des kompakten Weißen Zwergs entsteht, zerfetzt. Der Asteroidenstaub setzt sich dann im Weißen Zwerg ab. Das Vorhandensein dieses Staubs hat eine sehr offensichtliche Signatur in den Absorptionslinien der spektroskopischen Daten, was es den Forschern ermöglicht, eine Akkretionsrate für metallreiche Weiße Zwerge abzuleiten. Im Modell von Debes hat er die Obergrenze auf 10 . festgelegt¹⁶g/Jahr und eine Untergrenze von 10¹³g/Jahr, im Einklang mit den beobachteten Schätzungen.

Spektren von G29-38. Könnte dies den Spektren der Sonne ähneln, nachdem sie sich in einen Weißen Zwerg verwandelt hat? (NASA/Spitzer)

In seinem weiterentwickelten Sonnensystemmodell steuert die Gravitation des Jupiter diese Akkretionsrate, schiebt Asteroiden in Richtung des Weißen Zwergs und durch die Verwendung eines leistungsstarken Supercomputers, um die Störungen und das eventuelle Schreddern bekannter Asteroiden zu verfolgen, könnte es eine Gelegenheit geben, zu einer tiefgreifenden Schlussfolgerung zu gelangen. Debes kann sein Modell verwenden, um Beobachtungen bekannter staubiger Weißer Zwerge mit den simulierten Ergebnissen des Sonnensystems zu vergleichen. Unter Bezugnahme auf frühere Studien (insbesondere Koester & Wilken, 2006 in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics) hat Debes einige ähnliche Weiße Zwerge „Sonnen“ gefunden.

'Zum G29-38 , der kanonische staubige weiße Zwerg, sie[Cherish & Wilken]schätze eine Gesamtmasse von 0,55 Sonnenmassen – ungefähr die Masse, die die Leute glauben, die unsere eigene Sonne noch haben wird, wenn sie ein weißer Zwerg wird, „Sie müssen hinzufügen. 'Aber Massenschätzungen sind etwas unsicher – ich habe Schätzungen im Bereich von 0,55 bis 0,7 Sonnenmassen für diesen speziellen Weißen Zwerg gesehen. '

Die Zukunft der Sonne? Der Weiße Zwerg G29-38 (NASA)

'Ein weiterer guter Kandidat ist ein DAZ[ein metallreicher weißer Zwerg]genannt WD 1257+278, das keinen Staub zeigt, aber mit der für die Sonne erwarteten Masse von 0,54 M . genau richtig ist_Sonne“, sagte Debes. 'Seine Akkretionsrate stimmt auch mit meinen bisherigen Modellvorhersagen überein, unter der Annahme einer Asteroidengürtelmasse und einer charakteristischen Störungszeitskala, die ich in meinen Simulationen gefunden habe. '

Debes entwickelt sein Modell immer weiter aus, aber die Ergebnisse sind bereits vielversprechend. Am aufregendsten ist, dass wir möglicherweise bereits Weiße Zwerge wie G29-38 oder WD 1257+278 beobachten, die uns einen verlockenden Eindruck davon geben, wie unser Sonnensystem aussehen wird, wenn die Sonne zu einem Weißen Zwergstern wird, alle verbleibenden Asteroiden zerreißt und Planeten, da sie der Gezeitenscherung der Sonne zu nahe kommen. Es wirft jedoch auch die Frage auf: Wenn Weiße Zwerge wie G29-38 von den Überresten von durch Gezeiten vermischten Asteroiden ernährt werden, gibt es dann auch in diesen Weißen Zwergsystemen massereiche Planeten, die Asteroiden hüten?