Erwischt: Astronomen Entdecken zum Ersten Mal einen Stern, Der Einen Planeten Verschlingt.
Dieses Künstlerkonzept zeigt einen Planeten, der sich allmählich in seinen Heimatstern hinein spiralt. Der Jupiter-große Planet zieht Gas vom Stern weg und schickt es ins All. Dort kühlt das Gas ab und wird zu Staub, der von Astronomen sichtbar ist. Kredit: R. Hurt & K. Miller (Caltech/IPAC)
Ein Stern, der sich dem Ende seines Lebens näherte, schwoll an und verschluckte einen Jupiter-großen Planeten. In etwa 5 Milliarden Jahren wird unsere Sonne einen ähnlichen Lebensübergang durchlaufen.
In einer bahnbrechenden Entdeckung beobachteten Astronomen zum ersten Mal, wie ein alternder Stern einen Planeten verschlang, was Erkenntnisse über das spätere Schicksal unserer Sonne liefert, die einen ähnlichen Prozess in etwa 5 Milliarden Jahren durchlaufen wird.
Eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, dokumentiert die erste Beobachtung eines alternden Sterns, der einen Planeten verschlingt. Nachdem der Stern seinen Brennstoff im Kern aufgebraucht hatte, begann er an Größe zuzunehmen, den Abstand zu seinem benachbarten Planeten zu verringern und ihn schließlich ganz zu verschlucken. In etwa 5 Milliarden Jahren wird unsere Sonne einen ähnlichen Alterungsprozess durchlaufen, möglicherweise bis zu 100 Mal ihren derzeitigen Durchmesser erreichen und zu dem werden, was als roter Riese bekannt ist. Während dieses Wachstumsschubs wird sie Merkur, Venus und möglicherweise auch die Erde verschlucken.
Viele rote Riesensterne wurden von Astronomen identifiziert und vermutet, dass sie in einigen Fällen nahegelegene Planeten verschlingen, aber das Phänomen wurde zuvor noch nie direkt beobachtet. "Dieser Typ von Ereignis wurde seit Jahrzehnten vorhergesagt, bis jetzt haben wir jedoch noch nie beobachtet, wie sich dieser Prozess abspielt", sagte Kishalay De, ein Astronom am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und Hauptautor der Studie.
Der allmähliche Verfall eines Planeten, der einen wachsenden Heimatstern umkreist, ist in diesem Video dargestellt. Der Planet zieht einen Sprühnebel aus Gas vom Stern weg, während er näher spiralt. Sobald der Planet verschlungen ist, wächst der Stern an Helligkeit und Größe, wird jedoch schließlich nach der Fusion wieder zur ursprünglichen Größe zurückkehren. Kredit: R. Hurt & K. Miller (Caltech/IPAC)
Forscher entdeckten das Ereignis - offiziell ZTF SLRN-2020 genannt - mit Hilfe mehrerer bodengestützter Observatorien und des NEOWISE (Near-Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer)-Raumfahrzeugs der NASA, das vom Jet Propulsion Laboratory der Agentur verwaltet wird. Der Planet war wahrscheinlich etwa so groß wie Jupiter, mit einer Umlaufbahn, die noch näher an seinem Stern lag als Merkurs an unserer Sonne. Der Stern befindet sich am Anfang der letzten Phase seines Lebens - seiner Roten-Riesen-Phase, die mehr als 100.000 Jahre dauern kann.
Als sich der Stern ausdehnte, umgab schließlich seine äußere Atmosphäre den Planeten. Der Widerstand aus der Atmosphäre verlangsamte den Planeten, schrumpfte seine Umlaufbahn und schickte ihn schließlich unter die sichtbare Oberfläche des Sterns, wie ein Meteor, der in der Atmosphäre der Erde verglüht. Der Energieaustausch vergrößerte vorübergehend den Stern und machte ihn einige hundert Mal heller. Aktuelle Beobachtungen zeigen, dass sich der Stern auf die Größe und Helligkeit zurückentwickelt hat, die er vor der Verschmelzung mit dem Planeten hatte.
Dieses Künstlerkonzept zeigt den Wide-field Infrared Survey Explorer oder WISE, der sich in seiner Umlaufbahn um die Erde befindet. In seiner NEOWISE-Mission findet und charakterisiert er Asteroiden.
Der Blitz optischen Lichts (für das menschliche Auge sichtbar) nach dem Ableben des Planeten wurde in Beobachtungen des von Caltech geführten Zwicky Transient Facility (ZTF) festgestellt, einem Instrument am Palomar Observatory in Südkalifornien, das nach kosmischen Ereignissen sucht, die sich schnell in ihrer Helligkeit verändern, manchmal innerhalb von Stunden. De nutzte ZTF, um nach Ereignissen namens Novae zu suchen - wenn ein toter, kollabierter Stern (bekannt als Weißer Zwerg) heißes Gas von einem anderen nahe gelegenen Stern verschlingt. Novae werden immer von Strömen heißer Gase begleitet, aber Nachbeobachtungen des Blitzeinschlags durch andere bodengestützte Teleskope zeigten viel kühlere Gase und Staub um den Stern herum, was bedeutet, dass es nicht wie eine Nova oder irgendetwas aussah, was De jemals gesehen hatte.
Deshalb wandte er sich an das NEOWISE-Observatorium, das alle sechs Monate den gesamten Himmel im Infrarotlicht (einem Bereich von Wellenlängen, die länger sind als sichtbares Licht) absucht. Die im Jahr 2009 gestartete und ursprünglich als WISE bezeichnete Einrichtung produziert All-Sky-Karten, die es Astronomen ermöglichen, zu sehen, wie sich Objekte im Laufe der Zeit verändern.
Dies ist eine Mosaik der Bilder, die den gesamten Himmel abdecken, während sie von der Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) beobachtet werden, Teil ihrer All-Sky Data Release.
Looking at the NEOWISE data, De saw that the star brightened almost a year before ZTF spotted the flash. That brightening was evidence of dust (which emits infrared light) forming around the star. De and his colleagues think the dust indicates that the planet didn’t go down without a fight and that it pulled hot gas away from the puffy star’s surface as it spiraled toward its doom. As the gas drifted out into space, it would have cooled and become dust – like water vapor becoming snow. Even more gas was then flung into space during the collision of the star and the planet, producing more dust visible to both the ground-based infrared observatories and NEOWISE.
“Very few things in the universe brighten in infrared light and then brighten in optical light at different times,” said De. “So the fact that NEOWISE saw the star brighten a year before the optical eruption was critical to figuring out what this event was.”
Five billion years from now, when our Sun is expected to become a red giant, swallowing up Mercury, Venus, and possibly Earth, the light show should be much more subdued, according to De, since those planets are many times smaller than the Jupiter-size planet in the ZTF-captured event.
“If I were an observer looking at the solar system 5 billion years from now, I might see the Sun brighten a little, but nothing as dramatic as this, even though it will be the exact same physics at work,” he said.
Most mid-size stars will eventually become red giants, and theorists think that a handful of them consume nearby planets each year in our galaxy. The new observations provide astronomers with a template for what those events should look like, opening up the possibility of finding more.
“This discovery shows that it’s worthwhile to take observations of the entire sky and archive them, because we don’t yet know all of the interesting events we might be capturing,” said Joe Masiero, deputy principal investigator for NEOWISE at IPAC at Caltech. “With the NEOWISE archive, we can look back in time. We can find hidden treasures or learn something about an object that no other observatory can tell us.”
For more on this discovery:
Launched in 2009, the WISE mission surveyed the entire sky in infrared light twice, capturing images of around three-quarters of a billion celestial objects, such as distant galaxies, stars, and asteroids. The mission concluded in 2011, but in 2013, NASA repurposed the spacecraft for tracking asteroids and other near-Earth objects (NEOs), rebranding both the mission and the spacecraft as NEOWISE.
NASA’s Astrophysics Division within the Science Mission Directorate had JPL manage and operate WISE, with Edward Wright from UCLA serving as the principal investigator. The mission was competitively chosen under NASA’s Explorers Program, managed by the agency’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.
JPL manages and operates the NEOWISE mission on behalf of NASA’s Planetary Defense Coordination Office within the Science Mission Directorate in Washington. The University of Arizona hosts the principal investigator, Amy Mainzer. The Space Dynamics Laboratory in Logan, Utah, constructed the scientific instrument, while Ball Aerospace & Technologies Corp. of Boulder, Colorado, built the spacecraft. IPAC at Caltech in Pasadena handles science data processing, and Caltech manages JPL for NASA.