Lösen Sie das Rätsel der Sternmetallkontamination

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Ein kleiner Planet umkreist einen Weißen Zwerg. Zunächst hat jeder Kleinplanet eine fortschreitende Kreisbahn. Der Tritt bildet eine exzentrische Trümmerscheibe mit anterograden (blau) und retrograden (orange) Umlaufbahnen. Bildnachweis: Stephen Burrows/Madigan Collection/Gila

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Ein kleiner Planet umkreist einen Weißen Zwerg. Zunächst hat jeder Kleinplanet eine fortschreitende Kreisbahn. Der Tritt bildet eine exzentrische Trümmerscheibe mit anterograden (blau) und retrograden (orange) Umlaufbahnen. Bildnachweis: Stephen Burrows/Madigan Collection/Gila

Tote Sterne, sogenannte Weiße Zwerge, haben die Masse der Sonne, sind aber in ihrer Größe der Erde ähnlich. Sie kommen in unserer Galaxie häufig vor, wo 97 % der Sterne Weiße Zwerge sind. Wenn Sterne das Ende ihres Lebens erreichen, kollabieren ihre Kerne und bilden eine dichte Kugel aus Weißen Zwergen, wodurch unsere Galaxie wie ein ätherischer Friedhof aussieht.

Trotz ihrer Verbreitung ist die chemische Zusammensetzung dieser Sternreste den Astronomen seit Jahren ein Rätsel. Das Vorhandensein von Schwermetallelementen wie Silizium, Magnesium und Kalzium auf der Oberfläche vieler dieser kompakten Objekte ist eine rätselhafte Entdeckung, die unsere Erwartungen an das Verhalten von Sternen in Frage stellt.

„Wir wissen, dass, wenn diese Schwermetalle auf der Oberfläche des Weißen Zwergs vorhanden sind, dieser so dicht ist, dass diese Schwermetalle sehr schnell in Richtung Kern sinken“, erklärt Tatsuya Akiba, ein Doktorand am Gila-Institut. „Man sollte also keine Metalle auf der Oberfläche des Weißen Zwergs sehen, es sei denn, der Weiße Zwerg frisst etwas.“

Während Weiße Zwerge viele nahe gelegene Objekte wie Kometen oder Asteroiden (sogenannte Planetesimale) verschlingen können, ist die Komplexität dieses Prozesses noch nicht vollständig erforscht. Dieses Verhalten könnte jedoch der Schlüssel zur Entschlüsselung des Geheimnisses der metallischen Zusammensetzung des Weißen Zwergs sein, was zu aufregenden Entdeckungen über die Dynamik des Weißen Zwergs führen könnte.

In den in A. präsentierten Ergebnissen Neues Papier In Astrophysikalische Tagebuchbriefe, Akiba glaubt zusammen mit JILA-Stipendiatin und Professorin für Astrophysik und Planetenwissenschaften an der University of Colorado Boulder Anne-Marie Madigan und der Bachelor-Studentin Sela McIntyre, einen Grund gefunden zu haben, warum diese Sternzombies Planetesimale in ihrer Nähe fressen. Mithilfe von Computersimulationen simulierten die Forscher, dass der Weiße Zwerg während seiner Entstehung (was beobachtet wurde) aufgrund des asymmetrischen Massenverlusts einen „Geburtsschub“ erfährt, der seine Bewegung und die Dynamik der umgebenden Materie verändert.

In 80 % ihrer Tests beobachteten die Forscher, dass seit dem Kick die Umlaufbahnen von Kometen und Asteroiden im Umkreis von 30 bis 240 AE um den Weißen Zwerg (entspricht der Entfernung von der Sonne zu Neptun und darüber hinaus) lang und ausgerichtet geworden sind. . Darüber hinaus stammen etwa 40 % der späteren Planetesimale aus retrograden (retrograden) Umlaufbahnen.

Die Forscher erweiterten ihre Simulationen auch, um die Dynamik des Weißen Zwergs nach 100 Millionen Jahren zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass Planetesimale in der Nähe des Weißen Zwergs immer noch lange Umlaufbahnen haben und sich als eine einzige zusammenhängende Einheit bewegen, ein noch nie dagewesenes Ergebnis.

„Ich denke, das ist etwas Einzigartiges an unserer Theorie: Wir können erklären, warum Akkretionsereignisse sehr lange andauern“, sagt Madigan. „Während andere Mechanismen das ursprüngliche Akkretionsereignis erklären könnten, erklären unsere Simulationen mit dem Kick, warum es Hunderte Millionen Jahre später immer noch stattfand.“

Diese Ergebnisse erklären, warum Schwermetalle auf der Oberfläche des Weißen Zwergs gefunden werden, da dieser Weiße Zwerg auf seinem Weg ständig kleinere Objekte verschlingt.

Es geht nur um die Schwerkraft

Während sich Madigans Forschungsgruppe am JILA auf die Gravitationsdynamik konzentriert, scheint die Untersuchung der Schwerkraft rund um Weiße Zwerge ein natürlicher Forschungsschwerpunkt zu sein.

„Simulationen helfen uns, die Dynamik verschiedener astrophysikalischer Objekte zu verstehen“, sagt Akiba. „In dieser Simulation werfen wir also eine Reihe von Asteroiden und Kometen um den Weißen Zwerg, der viel größer ist, und sehen, wie sich die Simulation entwickelt und welcher dieser Asteroiden und Kometen den Weißen Zwerg frisst.“

Die Forscher hoffen, ihre Simulationen in zukünftigen Projekten auf größere Maßstäbe übertragen zu können und zu untersuchen, wie Weiße Zwerge mit größeren Planeten interagieren.

Akiba erklärt: „Andere Studien deuten darauf hin, dass Asteroiden und Kometen, also kleine Objekte, möglicherweise nicht die einzige Quelle für Metallverunreinigungen auf der Oberfläche des Weißen Zwergs sind. Daher könnten Weiße Zwerge etwas Größeres, etwa einen Planeten, fressen.“

Erfahren Sie mehr über die Entstehung des Sonnensystems

Diese neuen Ergebnisse verraten mehr über die Entstehung von Weißen Zwergen, was wichtig ist, um zu verstehen, wie sich Sonnensysteme über Millionen von Jahren verändern. Sie tragen auch dazu bei, Licht auf die Ursprünge und die zukünftige Entwicklung unseres Sonnensystems zu werfen und mehr über die beteiligte Chemie zu enthüllen.

„Die überwiegende Mehrheit der Planeten im Universum wird irgendwann einen Weißen Zwerg umkreisen“, sagt Madigan. „Es ist möglich, dass 50 % dieser Systeme von ihren Sternen gefressen werden, einschließlich unseres eigenen Sonnensystems. Jetzt haben wir einen Mechanismus, um zu erklären, warum das passiert.“

„Miniplaneten können uns Einblicke in andere Sonnensysteme und Planetenzusammensetzungen geben, die über unseren Wohnort in unserer eigenen Sonnenregion hinausgehen“, fügt McIntyre hinzu. „Weiße Zwerge sind nicht nur eine Linse in die Vergangenheit. Sie dienen auch als Linse in die Zukunft.“

Mehr Informationen:
Tatsuya Akiba et al., Gezeitenstörung von Planetesimalen durch eine exzentrische Trümmerscheibe nach dem Geburtsstoß des Weißen Zwergs, Astrophysikalische Tagebuchbriefe (2024). doi: 10.3847/2041-8213/ad394c

Informationen zum Magazin:
Astrophysikalische Tagebuchbriefe


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