Funkel, funkel, kleiner Stern, der Grund, warum dieser Stern schwächer wird, ist →

Sterne, die heller und dunkler werden

Im Jahr 2021 suchte Matthew Kenworthy, ein Astronom an der Universität Leiden in den Niederlanden, nach Ringen um Exoplaneten. Er durchsucht die von zahlreichen Teleskopen gesammelten Daten nach Sternen, die auf ungewöhnliche Weise flackern oder schwächer werden. In Daten der ASASN-SN-Erkundungsmission, die den Himmel auf explodierende Sterne absucht, hat er einen sonnenähnlichen Stern eingefangen, der im sichtbaren Licht wiederholt flackerte.

Der etwa 1.800 Lichtjahre von der Erde entfernte Stern trägt den Namen ASASSN-21qj. Im Verlauf mehrerer Monate wurde die Helligkeit im sichtbaren Licht immer wieder schwächer und erreichte dann wieder ihre ursprüngliche Helligkeit. Es kommt nicht selten vor, dass Sterne auf diese Weise schwächer werden. Normalerweise wird dies auf Material zurückgeführt, das zwischen dem Stern und der Erde hindurchfliegt.

Nachdem Kenworthy jedoch einen Beitrag über ASASSN-21qj auf einer Social-Networking-Site veröffentlicht hatte, erregte dieser die Aufmerksamkeit des Amateurastronomen Arttu Sainio. Sainio stellte fest, dass die Infrarotemission des Sterns etwa 900 Tage vor der beobachteten Abschwächung des sichtbaren Lichts von ASASSN-21qj um etwa 4 % zugenommen hatte.

Diese Information veränderte den Verlauf der Geschichte völlig. Sie hatten eine Frage: Hängen diese beiden Beobachtungen zusammen? Wenn ja, was genau ist dann mit ASASSN-21qj passiert?

Nun haben Kenworthy und seine Kollegen in einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, eine mögliche Antwort gegeben. Sie glauben, dass beide Beobachtungen durch eine gewaltige Kollision zwischen zwei Planeten erklärt werden können.

Dieses Bild zeigt einen riesigen, leuchtenden Planetenkörper, der durch eine Planetenkollision entstanden ist. Nach der Kollision wurden einige Eis- und Gesteinsreste herausgeschleudert und passierten dann zwischen der Erde und ihrem Mutterstern im Hintergrund des Bildes. (Bild: Mark Garlick)

Nach der gewaltigen Kollision

Man geht davon aus, dass es in der Endphase der Planetenentstehung häufig zu Kollisionen großer Planeten kommt, die die endgültige Größe, Zusammensetzung und den thermischen Zustand der Planeten bestimmen und die Umlaufbahnen der Objekte in diesen Planetensystemen formen. In unserem eigenen Sonnensystem geht man davon aus, dass die seltsame Neigung des Uranus, die hohe Dichte des Merkurs und die Existenz unseres Mondes allesamt auf gewaltige Kollisionen zurückzuführen sind. Bislang gab es für die Astronomen allerdings kaum direkte Beweise dafür, dass es in der Milchstraße zu derartigen gewaltigen Kollisionen kommt.

Damit die Beobachtungen von ASASSN-21qj durch eine gewaltige Kollision erklärt werden können, müsste bei der Kollision in den ersten Stunden nach der Kollision mehr Energie freigesetzt worden sein als der Stern selbst. Das durch die Kollision entstehende Material wäre so heiß, dass es schmelzen, verdampfen oder beides würde.

Darüber hinaus kann bei solchen Kollisionen auch heiße, leuchtende Materie entstehen, die hundertmal größer ist als der ursprüngliche Planet. Obwohl der Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), der die Infrarot-Aufhellung von ASASSN-21qj erfasste, dieses Ereignis nicht beobachtete, liegt dies möglicherweise daran, dass WISE ASASSN-21qj nur etwa alle 300 Tage beobachtet und daher die ersten durch die Kollision verursachten Blitze verpasst hat.

Allerdings dauert es lange, bis der durch eine solche Kollision entstandene, ausgedehnte Planetenkörper abkühlt und auf eine Größe schrumpft, die ihn als neuen Planeten erkennbar macht. Wenn ein solches „Post-Kollisionsobjekt“ seine maximale Helligkeit erreicht, kann die von ihm ausgesandte Lichtstärke zunächst immer noch nur wenige Prozent der von einem Stern ausgesandten Lichtstärke betragen. Es ist möglich, dass ein solches Objekt das beobachtete Infrarot-Aufhellungsphänomen hervorruft.

Gleichzeitig würde eine solche Kollision große Mengen an Trümmern in verschiedene Umlaufbahnen um den Stern schleudern. Ein kleiner Teil dieser Trümmer wäre durch die Wucht des Aufpralls verdampft und anschließend zu einer Wolke aus winzigen Eis- und Gesteinskristallen kondensiert. Mit der Zeit wird ein Teil des Materials dieser klumpigen Wolken zwischen ASASSN-21qj und der Erde hindurchziehen und einen kleinen Teil des sichtbaren Lichts des Sterns blockieren, wodurch der Stern bei Beobachtungen schwächer erscheint.

Eisriesenplaneten

Wenn sich die obige Erklärung als richtig erweist, könnte die Untersuchung dieses Sternensystems eine hervorragende Gelegenheit bieten, die Geburt neuer Welten in Echtzeit zu beobachten und ein neues Fenster zu einem Schlüsselmechanismus der Planetenentstehung zu öffnen.

Selbst aus den bislang begrenzten Beobachtungen können Astronomen einige sehr interessante Informationen gewinnen. Erstens glauben die Forscher, dass das „Objekt nach der Kollision“ mehrere hundert Mal so groß wie die Erde sein müsste, um die beobachtete Energie freizusetzen. Um ein so großes Objekt zu bilden, müsste jeder der kollidierenden Planeten ein Vielfaches der Erdmasse besitzen, wie beispielsweise die „Eisriesen“ Uranus und Neptun.

Die beiden Planeten dürften eine ähnliche Größe wie Neptun haben. (Foto/NASA/JPL)

Zweitens schätzen die Forscher die Temperatur des „Objekts nach der Kollision“ auf etwa 700 °C. Bei einer solchen Temperatur können die kollidierenden Objekte nicht vollständig aus Gestein und Metall bestehen. Zumindest der äußere Bereich eines der Planeten muss Elemente mit niedrigeren Siedepunkten enthalten haben, wie sie beispielsweise in Wasser vorkommen.

Aufgrund dieser beiden Punkte sind die Astronomen zu der Annahme gelangt, dass es sich um eine Kollision zweier eisreicher, Neptun-ähnlicher Planeten handeln müsste.

Zwischen der Aufhellung des Infrarotlichts und der Abschwächung des sichtbaren Lichts besteht eine Zeitverzögerung, was bedeutet, dass die Kollision weit entfernt vom Stern stattgefunden hat. Ein solches System mit eisigen Riesenplaneten weit entfernt von ihrem Stern ähnelt unserem eigenen Sonnensystem mehr als die vielen dicht gepackten Planetensysteme, die Astronomen oft um andere Sterne beobachten.

Das Spannendste dabei ist, dass die Astronomen die Entwicklung dieses Systems in den nächsten Jahrzehnten weiter beobachten können, die Geburt eines neuen Planeten in Echtzeit verfolgen und ihre Schlussfolgerungen überprüfen können. In Zukunft werden sie leistungsstarke Instrumente wie das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) nutzen, um die Größe und Zusammensetzung der Partikel in der Trümmerwolke sowie die chemische Zusammensetzung der oberen Schichten des „Post-Impact-Objekts“ zu bestimmen und zu verfolgen, wie diese heißen Trümmer abkühlen. Dabei könnte es sogar möglich sein, die Entstehung neuer Satelliten zu beobachten. Diese Beobachtungen können den Astronomen theoretische Informationen liefern, die ihnen helfen zu verstehen, wie riesige Kollisionen Planetensysteme formen.

#Kreativteam:

Zusammengestellt von: Fujihokuto

Layout: Wenwen

#Referenzquelle:

https://theconversation.com/the-afterglow-of-an-explosive-collision-between-giant-planets-may-have-been-detected-in-a-far-off-star-system-215466

https://www.bristol.ac.uk/news/2023/october/exoplanet-collision.html

https://www.sciencenews.org/article/exoplanet-collision-first-afterglow-infrared-light

#Bildquelle:

Titelbild & erstes Foto: Mark Garlick