Eine aktuelle Studie von Astronomen der Universitäten Warwick und Exeter zeigt: Vier massereiche Planeten um den nahen Stern HR 8799 sind dazu verdammt, bei seinem Tod in ein wildes Chaos zu geraten.
Die Experten haben simuliert, wie die Verwandlung des Sterns in einen Weißen Zwerg – das Endstadium seines Lebenszyklus – die Gravitationsverhältnisse verändert. Dadurch lösen sich die Planeten aus ihren stabilen Bahnen, prallen voneinander ab und bewegen sich wie Kugeln in einem Flipperspiel.
Inmitten dieses Tumults schleudern die Planeten Trümmer aus nahen Scheiben in die sterbende Sonne. Das könnte Forschern wertvolle Einblicke in die Atmosphären verschmutzter Weißer Zwerge geben.
Das System HR 8799 liegt 135 Lichtjahre entfernt und umfasst einen 30 bis 40 Millionen Jahre alten Stern sowie vier Riesenplaneten – jeder mehr als fünfmal so massiv wie Jupiter. Sie umkreisen einander eng und sind durch zwei Trümmerscheiben innerhalb der innersten Bahn sowie eine weitere außerhalb der äußersten verbunden.
Die Planeten sind in einer präzisen Resonanz gefangen: Jeder vollendet die doppelte Umlaufzeit seines inneren Nachbarn. Für eine Umlaufbahn des äußersten Planeten schafft es der nächste zwei, der dritte vier und der innerste acht.
Das Forschungsteam hat geprüft, was diesen Rhythmus destabilisieren könnte. Die Resonanz hält voraussichtlich drei Milliarden Jahre stand – trotz galaktischer Gezeiten und vorbeifliegender Sterne –, bricht jedoch, sobald der Stern zum Roten Riesen anschwillt.
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Bei Hauptreihensternen wie unserer Sonne führt der Ausgang des Kern-Wasserstoffs zu einem Kollaps. Der dadurch entstehende Hitzestau lässt den Stern auf das Hundertfache anschwellen, seine äußeren Schichten abstoßen und einen Weißen Zwerg zurückbleiben.
Nach HR 8799s Umwandlung in einen Weißen Zwerg wird das System unvorhersehbar: Die Planeten prallen gravitativ aufeinander, und minimale Abweichungen – nur ein Zentimeter – verändern das Ergebnis grundlegend.
Hauptautor Dr. Dimitri Veras von der Physikfakultät der University of Warwick erklärt: „Die Planeten werden gravitativ voneinander abprallen. In einem Fall könnte der innerste Planet aus dem System geschleudert werden. Oder in einem anderen Fall kann der dritte Planet ausgeworfen werden.“
„Oder der zweite und der vierte Planet könnten ihre Positionen tauschen. Mit kleinen Anpassungen ist jede Kombination möglich. Sie sind so groß und so nah beieinander, das Einzige, was sie im Moment in diesem perfekten Rhythmus hält, ist die Lage ihrer Umlaufbahnen.“
„Alle vier sind in dieser Kette verbunden. Sobald der Stern an Masse verliert, werden ihre Positionen abweichen, dann werden zwei von ihnen auseinander streuen, was eine Kettenreaktion unter allen vier verursacht.“
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Veras' Arbeit wurde vom Ernest Rutherford Fellowship des Science and Technology Facilities Council (Teil von UK Research and Innovation) gefördert.
Unabhängig von den exakten Bahnen der Planeten werden sie Trümmer aus den Scheiben in den Weißen Zwerg schleudern. Solche Analysen enthüllen die Geschichte anderer Weißer-Zwerge-Systeme.
„Diese Planeten bewegen sich an verschiedenen Orten um den Weißen Zwerg herum und können leicht alle noch vorhandenen Trümmer in den Weißen Zwerg werfen und ihn verschmutzen“, sagt Veras. „Das Planetensystem HR 8799 ist ein Vorgeschmack auf die verschmutzten Systeme der Weißen Zwerge, die wir sehen. Es ist eine Demonstration des Werts, das Schicksal von Planetensystemen zu berechnen, anstatt nur ihre Entstehung zu betrachten.“
Die Ergebnisse erscheinen in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.