Das "tragische" Ende von zwei jungen Exoplaneten!

Es wurde bereits beobachtet, dass ältere Exoplaneten von ihren eigenen Sternen verschluckt werden können. Aber nicht, dass junge Exoplaneten ihr Leben vorzeitig und ebenso tragisch beenden können, diesmal als Folge zerstörerischer Kollisionen.

Kosmische Kollision
Künstlerische Darstellung der Gas-, Staub- und Trümmerwolke, die bei der zerstörerischen Kollision zweier Exoplaneten entsteht. Kredit: Mark A. Garlick

Dank astronomischer Beobachtungen, aber auch dank Sternentwicklungsmodellen wissen wir, dass neugeborene Sterne noch in eine dichte Scheibe aus Gas und Staub eingetaucht sind, die sie umkreist. Das Gas und der Staub in der Scheibe fallen zum Teil weiter auf den neuen Stern, zum Teil beginnen sie durch das intensive Strahlungsfeld des Sterns zu verdampfen, und zum Teil können sie Planeten beherbergen.

Was als Ergebnis dieser Prozesse nach einigen Millionen Jahren übrig bleibt, ist ein Stern, der von seinem eigenen Planetensystem und möglicherweise auch von seinem eigenen Asteroidengürtel (einer so genannten Trümmerscheibe) umgeben ist.

Allerdings sind die frühen Phasen des Lebens innerhalb der Scheibe besonders turbulent, in dem Sinne, dass die verschiedenen Komponenten der Scheibe, d.h. Planeten, Planetesimale und Asteroiden, dynamisch instabil bleiben. Nicht selten kommt es vor, dass durch gegenseitige Gravitationsstörungen die Bahnen von Planeten und Asteroiden verändert werden und sich kreuzen, was Zusammenstöße verursacht, die sogar völlig zerstörerisch sein können.

Gravitationsstörungen können die Umlaufbahnen von Planeten verändern, so dass sie miteinander kollidieren, sogar auf zerstörerische Weise.

Man nimmt an, dass dies um den jungen Stern 2MASS J08152329-3859234 geschehen ist.

Dies ist 2MASS J08152329-3859234

2MASS J08152329-3859234 ist ein junger sonnenähnlicher Stern. Er ist schätzungsweise etwa 300 Millionen Jahre alt, was auf der Zeitskala der Sternentwicklung eine relativ kurze Zeit ist.

Der Name 2MASS J08152329-3859234 setzt sich aus dem Akronym "2MASS" zusammen, das für 2 Micron All S ky S urvey steht. Es handelt sich um ein Projekt zur Beobachtung der gesamten Himmelskugel mit mehreren 1,3-Meter-Teleskopen auf dem Mount Hopkins in Arizona und auf dem Cerro Tololo in Chile. Hinter dem Akronym stehen die astronomischen Koordinaten des Sterns "08152329-3859234".

Dieser Stern, der zunächst im Rahmen des 2MASS-Projekts beobachtet wurde, wurde später auch in anderen Studien beobachtet, insbesondere im Rahmen der ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae) und im WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) Satelliten.

Was die Astronomen beobachteten

Die Astronomen stellten anhand von Daten der ASAS-SN-Durchmusterung fest, dass die Helligkeit des Sterns plötzlich abnahm. Bei näherer Betrachtung stellten sie jedoch fest, dass der Helligkeitsabnahme eine Spitze in der Infrarot-Helligkeit vorausging, die in den Daten des WISE-Satelliten zu sehen war.

Genauer gesagt wurde beobachtet, dass die Infrarot-Helligkeit plötzlich zunahm und für etwa 1000 Tage hoch blieb. Anschließend, etwa 2,5 Jahre nach diesem Ereignis, verfinsterte etwas den Stern teilweise, was eine plötzliche Abnahme der Helligkeit verursachte, die etwa 500 Tage lang anhielt.

Detaillierte Untersuchungen ergaben, dass es sich bei der teilweisen Verfinsterung des Sterns um eine Staub- und Gaswolke handelte, die wahrscheinlich durch die zerstörerische Kollision zweier riesiger Exoplaneten entstanden war.

2MASS J08152329-3859234
Darstellung der Helligkeitsänderung des Sterns 2MASS J08152329-3859234 nach der zerstörerischen Kollision seiner beiden Exoplaneten. Credit: Kenworthy, M., Lock, S., Kennedy, G. et al. A planetary collision afterglow and transit of the resulting debris cloud. Nature 622, 251-254 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06573-9.

Das erste Feld des obigen Bildes zeigt in Grün die Helligkeit des Sterns (gemessen von ASAS-SN), die zunächst konstant ist und dann plötzlich für etwa 500 Tage abnimmt. Diese Abnahme ist darauf zurückzuführen, dass die Trümmerwolke, die bei der Kollision und Zerstörung der beiden Planeten entstanden ist, vor dem Stern vorbeizieht (Eklipse).

Kollision von Planeten
Künstlerische Darstellung der Kollision zwischen zwei Planeten. Kredit: NASA/SOFIA/Lynette Cook

Die zweite Tafel zeigt in Rot die (von WISE gemessene) Infrarotemission, die zunächst konstant ist und dann etwa 1000 Tage lang rapide zunimmt. Dieser Anstieg ist auf die explosive Kollision zwischen den beiden Exoplaneten zurückzuführen, ein Ereignis, das der Bildung der Wolke vorausgeht.

Die dritte Tafel zeigt, wie die Gesamttemperatur des Stern- und Wolkensystems nach der Kollision anstieg und die Wolke daher immer noch heiß ist.

Der explosive und zerstörerische Einschlag hatte einen plötzlichen Helligkeitsanstieg (im Infrarot) verursacht und einen einzelnen geschmolzenen Kern zurückgelassen, der von einer dicken Wolke aus Gas, Staub und Trümmern umgeben war. Dieser von seiner Wolke umgebene Kern kreist weiterhin um den Stern und erzeugt eine partielle Finsternis, was zu einer Abnahme der Helligkeit führt.

Zukünftige Pläne

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in der Zeitschrift Nature von Matthew Kenworthy und 21 Co-Autoren veröffentlicht. Nach ihren Berechnungen sollten die Überreste dieser Kollision, d.h. die noch im Infrarot leuchtende Staub- und Gaswolke, vom James Webb Space Telescope aus deutlich sichtbar sein.

Deshalb bereitet das Team einen Vorschlag zur Beobachtung vor, um mit dem Weltraumteleskop Infrarotbilder zu erhalten. Diese könnten Kenworthys Szenario bestätigen und nützliche Bilder und spektroskopische Informationen liefern, um die Beschaffenheit der Wolke und der beiden alten Planeten, die sie gebildet haben, besser zu verstehen.

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