Titel: Ein Jupiter-Analogon, das einen weißen Zwergstern umkreist
Autoren: J. W. Blackman, J. P. Beaulieu, D. P. Bennett, C. Danielski, C. Alard, A. A. Cole, A. Vandorou, C. Ranc, S. K. Terry, A. Bhattacharya, I. Bond, E. Bachelet, D. Veras, N. Koshimoto, V. Batista & J. B. Marquette
Institution des Erstautors: School of Natural Sciences, University of Tasmania, Hobart, Australien
Status: Veröffentlicht in Nature
Haben Sie sich jemals über das Schicksal der Erde gewundert? Menschen haben nur für einen winzigen Bruchteil der Lebensdauer der Erde existiert, da es gebildet. Obwohl wir nicht vorhersagen können, was auf der Erdoberfläche passiert, wird der Planet als Ganzes wahrscheinlich Milliarden von Jahren in die Zukunft überleben. Das Schicksal der Erde hängt vom Schicksal der Sonne ab, was uns zum Studium der Sternentwicklung bringt. Während ihrer Hauptreihenfolge verschmilzt die Sonne Wasserstoff in ihrem Kern zu Helium. Wenn dieser Wasserstoff ausgeht, wird die Sonne ein roter Riese. Sein Kern wird sich unter der Schwerkraft zusammenziehen und die äußeren Schichten werden sich über die Umlaufbahn von Merkur hinaus ausdehnen. Die Erde wird sehr wahrscheinlich in etwa 8 Milliarden Jahren von der Sonne verschlungen werden. Schließlich wird die Sonne ihre äußeren Schichten abwerfen und der verbleibende Kern wird ein weißer Zwerg sein, aber die Erde wäre bis dahin längst verschwunden. Es ist ein bisschen traurig zu denken, dass unser Planet die alternde Sonne nicht überleben wird, aber was ist mit anderen Planeten weiter draußen im Sonnensystem? Was ist mit Jupiter oder Planeten darüber hinaus?
Da wir die Entwicklung der Sonne nicht schnell vorspulen können, können wir nach anderen Planeten um andere Sterne suchen, die sich in den späten Stadien ihres Lebens befinden. Wenn es Exoplaneten gibt, die einen roten Riesen oder einen weißen Zwerg umkreisen, wird uns das einen Einblick in unsere eigene Zukunft geben.
So finden Sie Planeten mit Mikrolinsen
Die drei beliebtesten Methoden zur Erkennung von Exoplaneten sind Radialgeschwindigkeit, Transit und direkte Bildgebung. Mit den ersten beiden Methoden suchen Astronomen nach planeteninduzierten periodischen Variationen der Geschwindigkeit oder der Helligkeit des Muttersterns. Der Effekt ist deutlicher, wenn die Planeten größer und massereicher sind und näher am Mutterstern umkreisen. Die direkte Bildgebungsmethode funktioniert am besten, wenn der Planet groß ist und sehr weit vom Mutterstern entfernt ist. Diese Erkennungsverzerrungen sind nicht ideal, wenn wir Planetensysteme wie unser eigenes finden wollen. Aus diesem Grund wenden sich die Autoren der heutigen Arbeit der Gravitationsmikrolinse zu.
Die Mikrolinsentechnik erfasst die Vergrößerung eines Hintergrundsterns aufgrund der Schwerkraft eines davor vorbeiziehenden Linsenobjekts (siehe diesen Astrobiten für eine Exoplaneten-Vermessung mit dieser Technik). Wenn ein Stern (die Linse) vor einem anderen (der Quelle) vorbeizieht, verstärkt die Gravitationslinse das Licht von der Quelle. Wenn der Linsenstern einen Planeten umkreist und der Planet in der Nähe des Einstein-Rings des Sterns liegt, verursacht seine Schwerkraft einen zusätzlichen Anstieg der gemessenen Intensität von der Quelle.
Linsenereignisse sind selten, aber ihr Auftreten hängt weniger von den Eigenschaften des Planeten ab, was uns eine unvoreingenommenere Untersuchung der Exoplanetenpopulationen ermöglicht. Darüber hinaus ist die Linsentechnik empfindlich für erdähnliche Planeten um kühle Sterne. Dies war die erste Methode, mit der Planeten mit erdähnlicher Masse um gewöhnliche Hauptreihensterne herum nachgewiesen werden konnten.
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Mikrolinsentechnik. Wenn ein Stern (die Linse) vor einem anderen (dem Objekt) vorbeizieht, verstärkt die Gravitationslinse das vom Objekt gemessene Licht (Teil a). Wenn die Linse von einem Planeten umkreist wird und der Planet den Einsteinring der Linse schneidet, erhöht sein Gravitationsfeld die gemessene Intensität erneut. Diese zusätzlichen Boosts können verwendet werden, um neue Planeten zu finden. Abbildung von Chambers (2010) und Bildunterschrift von Sukrit Ranjan.
Der Planet mit einem fehlenden Wirt
Die Autoren der heutigen Arbeit haben einen Planeten mit Mikrolinsen detektiert, aber sie haben kein Licht von einem Hauptreihensternwirt detektiert. Das fragliche Mikrolinsenereignis, MOA-2010-BLG-477Lb, wurde 2010 von der Microlensing Observations in Astrophysics Collaboration gefunden. Die Forscher passten Modelle an die Mikrolinsenlichtkurve an, wobei angenommen wurde, dass der Wirtsstern ein Hauptreihenstern ist, und stellten fest, dass die beste Anpassung 0,15 bis 0,93 Sonnenmassen beträgt. Die am besten geeignete Lösung hat auch einen Planeten zwischen 0,5 und 2,1 Jupitermassen. Angesichts der Schätzungen der Eigenbewegung des Linsensterns konnte das Team vorhersagen, wohin er sich nach dem Mikrolinsenereignis in Bezug auf den Quellstern bewegen würde. Sie verwendeten das Keck II-Teleskop, um Folgebilder zu erhalten, die in Abbildung 2 gezeigt sind. Die Konturen in Panel c zeigen die erwartete Position des möglichen Hauptsequenz-Hosts, aber es ist kein Stern zu finden! Wenn kein Hauptreihenstern entdeckt wird, aber die Masse des Sterns bekannt ist, was könnte der Wirt möglicherweise sein?
Abb. 2. Panel a: ein Bild des Mikrolinsenereignisses MOA-2010-BLG-477 aus dem Jahr 2015. Panel b: Eine vergrößerte Ansicht, das helle Objekt in der Mitte ist der Hintergrundquellstern. Die schwache Emission im Nordosten (oben links) ist ein nicht verwandter Stern. Panel c: das gleiche Feld im Jahr 2018, wo die Konturen die wahrscheinlichen Positionen eines möglichen Hauptreihensternwirts aus der Mikrolinsenanalyse anzeigen, aber kein solcher Wirt im Bild erkannt wird. Reproduziert aus Abbildung 1 in dem Papier.
Der Wirt kann nur ein weißer Zwerg sein
Die Linsenanalyse beschränkt die vorhergesagte Helligkeit des Linsensterns, die von der unbekannten Linsenentfernung abhängt. Abb. 3 zeigt, dass der Bereich möglicher Hauptsequenzlinsen für das Ereignis alle heller als die Keck-Nachweisgrenze wäre. Da kein solcher Stern beobachtet wird, kann die Linse kein Hauptreihenstern sein. Der Linsenstern kann auch kein brauner Zwerg sein, da das Linsensystem mindestens 0,15 Sonnenmassen hat. Ebenso schließt die obere Massegrenze von 0,78 Sonnenmassen Neutronensterne und Schwarze Löcher als Wirtssterne aus. Da Hauptreihensterne, braune Zwerge, Neutronensterne und Schwarze Löcher ausgeschlossen sind, schlussfolgern die Autoren, dass es sich bei der Linse um einen weißen Zwerg handeln muss.
Was bedeutet das?
Hauptreihensterne wie unsere Sonne entwickeln sich heftig zu weißen Zwergen. Unsere Erde wird höchstwahrscheinlich die Phase des roten Riesen der Sonne nicht überleben, aber Simulationen sagen voraus, dass Planeten in jupiterähnlichen Umlaufbahnen überleben können. Dieses System ist das erste beobachtete Jupiter-Analogon, das einen weißen Zwerg umkreist, ein Beweis dafür, dass Planeten um weiße Zwerge die riesigen Phasen der Evolution ihres Wirts überleben können. Dieses System stellt ein mögliches Endstadium von Sonne und Jupiter in unserem eigenen Sonnensystem dar.
Astrobite bearbeitet von Macy Huston
Bildnachweis: J. W. Blackman
- Über den Autor
Über Zili Shen
Hi! Ich bin Doktorand in Astronomie an der Yale University. Meine Forschung konzentriert sich auf ultra-diffuse Galaxien und ihre Kugelsternhaufen-Populationen. Seit ich nach Yale gekommen bin, habe ich an zwei „Dunkelmaterie-freien“ Galaxien NGC1052-DF2 und DF4 gearbeitet. Ich bin mit der Pandemie fertig geworden und habe von zu Hause aus gearbeitet, indem ich Sauerteigbrot gebacken und verschiedene Kekse und Kuchen gebacken habe, Bücher von Philosophie bis Virologie gelesen, tägliche Wanderungen oder Läufe unternommen und zu viele Fernsehsendungen gesehen.