Einige Jahre nachdem man die ersten Exoplaneten entdeckt hat, fiel den Astronomen und Planetenjägern auf, dass die Metallizität (der Anteil der Elemente schwerer als Helium) bei Sternen mit Exoplaneten tendenziell & unerwartet höher war als bei anderen Sternen. Auch die Sonne weist einen höheren Metallgehalt auf als der durchschnittliche Stern.
Eine mögliche Erklärung dieses Phänomens liegt darin, dass Stoffe aus der protoplanetaren Staub- und Gasscheibe, aus der sich Planeten bei jungen Sternen bilden, auf den Stern gefallen sein könnten und so seinen (von aussen messbaren) Anteil an schweren Elementen erhöhen könnten. Diese "Verunreinigung" des Sterns mit Planetenmaterial würde sich aber auf die äussersten Schichten beschränken. Eine neue Arbeit von einem wissenschaftlichem Team aus Astronomen, in der die Metallizitäten von verschiedenen Sternen (von denen bekannt ist, dass sie Planeten besitzen) verglichen werden, bringt diese Erklärung nun abermals ins Spiel.
In der Untersuchung werden die Sterne, die Exoplaneten beherbergen, in zwei Gruppen aufgeteilt: eine Gruppe enthält alle Riesensterne (sterbende Sterne, die ihren Brennstoffvorrat fast aufgebraucht haben), die andere Gruppe enthält alle restlichen Zwergsterne. Danach fertigten die Astronomen ein Zählungsdiagramm / Histogram an: Aus diesem Diagramm konnten sie entnehmen, wie die Häufigkeit von Planeten in Abhängigkeit von der Metallizität für beide Gruppen ausfällt.
Die folgende Grafik zeigt das eben erwähnte Zählungsdiagramm der Metallizität. Die X-Achse enthält alle Metallgehalte als logarithmischen Ausdruck. Die Y-Achse enthält hingegen die Mengen als relativen Anteilen zwischen 0..1 (würde im übertragenden Sinne zwischen 0 bis 100 % entsprechen). In diesem Diagramm sind insgesamt 3 Zählung der Metallgehalt vorhanden:
* der Bereich mit der blauen Linie enthält die Metallgehalte aller Riesensterne mit Exoplaneten
* der Bereich mit der grau-punktierte Linie enthält die Metallgehalte aller Zwergsterne mit Exoplaneten
* und der Bereich mit der rot-punktierte Linie enthält die Metallgehalte aller Zwergsterne mit Exoplaneten, deren Umlaufzeit größer als 180 Tage ist.
Wie man sehen kann, haben die Riesensterne mit Planeten (blaue Linie) in der Regel eine tiefere Metallizität (einen geringeren Anteil an schweren Elementen), als die Zwergsterne mit Planeten (rote Linie). Dieser Unterschied erscheint seltsam: warum sollten die Sterne von Exoplaneten ihre Metalle "verlieren", wenn sie älter werden?
Eine mögliche Erklärung liegt im eingangs geschilderten Szenario: Wenn die erhöhte Metallizität von Sternen mit Exoplaneten wirklich durch die "Verunreinigung" der obersten Sternschichten durch schwere Elemente aus der protoplanetaren Scheibe erklärt würden, dann würde man genau diese Beobachtung erwarten: Wenn die Zwergsterne sich am Ende ihres Lebens zu Riesensternen entwickeln, vermischen sich ihre obersten Schichten stärker - die schweren Elemente, die ihnen beigemischt wurden, werden nun viel stärker verdünnt und sind nicht mehr beobachtbar.
Tatsächlich sind aber weitere Erklärungen denkbar, die in der Arbeit ebenfalls am Rande angesprochen werden. Nach den bisherigen Vorstellungen über die Entstehung von Planeten sollte die Häufigkeit, mit der Planeten entstehen, nicht nur von der Metallizität des Sterns abhängen (je mehr schwere Elemente in der protoplanetaren Scheibe und im Stern sind, desto eher entstehen sie), sondern auch von der Masse (schwere Sterne haben grössere Scheiben, so dass mehr Material zur Verfügung steht, um Planeten zu bilden). Bei kleinen, massearmen Sternen wäre demnach die Metallizität eine wichtige Sache: massearme und metallarme Sterne hätten dann deutlich weniger häufig Planeten als massearme und metallreiche Sterne (wie die Sonne). Doch der gleiche Mechanismus sollte auch für Riesensterne funktionieren: Massereiche Sterne (egal ob metallreich oder -arm) sollten häufiger Planeten besitzen als massearme Sterne. Und da alle beobachteten Riesensterne in der Arbeit deutlich massereicher sind als die durchschnittlichen Zwergsterne (bei denen Planeten bekannt sind), könnte es sein, dass man hier Birnen mit Äpfeln vergleicht: Die Planeten der metallarmen Riesensterne sind entstanden, weil die protoplanetare Staubscheibe ihres Sterns massereich genug war, um Planeten entstehen zu lassen. Bei den metallreicheren Zwergsternen hingegen war etwas
"Metallizität-Würze" nötig, um die Planeten hervorzubringen...
Preprint: Evolved stars hint to an external origin of enhanced metallicity in planet-hosting stars
Quellen:
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Planeten verschmutzen ihre Sonne
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Star Surface Polluted by Planetary Debris
