Helligkeitsschwankungen von RZ Piscium könnten auf zerstörte Planeten hindeuten

Ein US-amerikanisches Astronomenteam hat den Stern RZ Piscium untersucht und Belege dafür gefunden, dass seine seltsamen, unvorhersehbaren Helligkeitsschwankungen durch ausgedehnte Wolken aus umkreisendem Gas und Staub verursacht werden könnten, den Überresten von einem oder mehr zerstörten Planeten.

„Unsere Beobachtungen zeigen, dass es dort große Ansammlungen von Gas und Staub gibt, die das Sternlicht gelegentlich blockieren und die wahrscheinlich auf den Stern zuspiralen“, sagte Kristina Punzi, eine Doktorandin am Rochester Institute of Technology (RIT) in New York und Hauptautorin einer Abhandlung, die die Ergebnisse beschreibt. „Obwohl es andere Erklärungen geben könnte, vermuten wir, dass dieses Material aus der Zerstörung massereicher Himmelskörper in der Nähe des Sterns hervorging.“

RZ Piscium liegt rund 550 Lichtjahre entfernt im Sternbild Pisces (Fische). Während seiner unregelmäßigen Abschwächungsperioden, die bis zu zwei Tage andauern können, sinkt seine Helligkeit bis um den Faktor Zehn. Er produziert viel mehr Energie in infraroten Wellenlängen, als von Sternen wie unserer Sonne emittiert wird, was darauf hindeutet, dass der Stern von einer Scheibe aus warmem Staub umgeben ist. Tatsächlich liegen aber nur acht Prozent seiner Leuchtkraft im infraroten Bereich. Das ist ein Wert, der nur von wenigen der tausenden naher Sterne erreicht wird, die im Laufe der letzten 40 Jahre untersucht wurden. Das spricht für enorme Mengen an Staub.

Diese und andere Beobachtungen führten Astronomen zu der Schlussfolgerung, dass RZ Piscium ein junger, sonnenähnlicher Stern ist, der von einem dichten Asteroidengürtel umgeben ist, wo häufige Kollisionen die Gesteinsbrocken zu Staub zermahlen.

Aber die Belege waren nicht eindeutig. Eine alternative Ansicht schlägt vor, dass der Stern stattdessen etwas älter als unsere Sonne ist und gerade seinen Übergang in die Phase des Roten Riesen beginnt. Eine Staubscheibe aus der Jugendzeit des Sterns hätte sich nach wenigen Millionen Jahren zerstreut, daher brauchten die Astronomen eine andere Quelle für den Staub, um die Infrarotemissionen des Sterns zu erklären. Weil der alternde Stern größer wird, würde er alle Planeten in nahen Umlaufbahnen vernichten, und ihre Zerstörung könnte den benötigten Staub liefern.

Also was ist er? Ein junger Stern mit einer Staub- und Trümmerscheibe oder ein alter, Planeten zerstörender Stern? Der Studie von Punzi und ihren Kollegen zufolge ist RZ Piscium ein bisschen von beidem.

Das Team untersuchte den Stern mit dem ESA-Weltraumteleskop XMM-Newton, dem Shane 3-Meter-Teleskop am Lick Observatory in Kalifornien und dem 10-Meter Keck Telescope am W. M. Keck Observatory auf Hawaii.

Junge Sterne sind oft starke Röntgenquellen. Dank der elfstündigen Beobachtung mit XMM-Newton zeigte Punzis Team, dass das auch für RZ Piscium gilt. Sein gesamter Energieausstoß im Röntgenbereich ist rund 1.000 Mal höher als der unserer Sonne, was im Grunde für den Fall des jungen Sterns spricht.

Die bodenbasierten Beobachtungen des Teams ergaben, dass die Oberflächentemperatur des Sterns bei ungefähr 5.330 Grad Celsius liegt – das ist nur wenig kühler als die Oberflächentemperatur der Sonne. Die Forscher zeigten auch, dass der Stern reich an dem verräterischen Element Lithium ist, was durch die Kernreaktionen in den Sternen langsam zerstört wird.

„Die Menge Lithium in der Oberfläche eines Sterns sinkt mit zunehmendem Alter, daher dient es als Uhr, die uns erlaubt, die seit der Geburt des Sterns verstrichene Zeit zu schätzen“, sagte der Co-Autor Joel Kastner, der Direktor des Laboratory for Multiwavelength Astrophysics an der RIT. „Unsere Lithium-Messungen an RZ Piscium sind typisch für einen Stern seiner Oberflächentemperatur, der zwischen 30 und 50 Millionen Jahre alt ist.“

Obwohl der Stern jung ist, ist er tatsächlich zu alt, um von so viel Gas und Staub umgeben zu sein. „Die meisten sonnenähnlichen Sterne haben ihre planetenbildenden Scheiben innerhalb weniger Millionen Jahre nach ihrer Geburt verloren“, sagte das Teammitglied Ben Zuckerman, ein Professor für Astronomie an der University of California in Los Angeles. „Die Tatsache, dass RZ Piscium nach zig Millionen Jahren noch so viel Gas und Staub beherbergt, bedeutet, dass er Planeten wahrscheinlich zerstört anstatt sie aufzubauen.“

Die bodenbasierten Beobachtungen untersuchten auch die Umgebung des Sterns und offenbarten Belege dafür, dass der Staub von großen Mengen Gas begleitet wird. Ausgehend von der Temperatur des Staubs (etwa 230 Grad Celsius) denken die Forscher, dass der Großteil der Trümmer den Stern im Abstand von circa 50 Millionen Kilometern umkreist.

„Obwohl wir denken, dass der Großteil dieser Trümmer so nah an dem Stern liegt wie der Planet Merkur an unserer Sonne, zeigen die Messungen auch variable und sich rasch bewegende Emissionen und Absorptionen von wasserstoffreichem Gas“, sagte der Co-Autor Carl Melis, ein Forscher an der University of California in San Diego. „Unsere Messungen geben Hinweise darauf, dass sich Material sowohl auf den Stern zubewegt als auch nach außen strömt.“

Die Abhandlung, die die Ergebnisse beschreibt, wurde am 21. Dezember 2017 im Astronomical Journal veröffentlicht.

Die beste Erklärung, die alle verfügbaren Daten einbezieht, ist den Wissenschaftlern zufolge, dass der Stern von Trümmern umgeben ist, welche die Überbleibsel einer Katastrophe von planetaren Ausmaßen darstellen. Es ist möglich, dass die Gezeitenkräfte des Sterns Material von einem nahen Begleiter oder Riesenplaneten abziehen und unregelmäßige Ströme aus Gas und Staub produzieren, oder dass der Begleiter bereits vollständig aufgezehrt wurde. Eine andere Möglichkeit besagt, dass ein oder mehrere gasreiche Planeten in dem System in der jüngeren Vergangenheit eine katastrophale Kollision erlebten.

Das Weltraumteleskop XMM-Newton der European Space Agency (ESA) wurde im Dezember 1999 von Kourou (Französisch-Guayana) aus gestartet. Die NASA finanzierte Teile der Instrumente und stellt die Guest Observer Facility am Goddard Space Flight Center zur Verfügung, die die Verwendung des Observatorium von US-Astronomen unterstützt.

Quelle

(THK)