Planet der zweiten Generation: Kandidat bei einem Weißen Zwerg entdeckt

Ein ungelöster Fall aus dem Hubble-Archiv

HS 0209+0832 ist ein Weißer Zwerg in rund 270 Lichtjahren Entfernung: der freigelegte Kern eines sonnenähnlichen Sterns, der seinen Brennstoff verbraucht und seine äußeren Schichten abgestoßen hat. Dieser Weiße Zwerg ist jung: Nach erst etwa 5 Millionen Jahren Abkühlung ist seine Oberfläche noch rund 35.800 Kelvin heiß. Seine Schwerkraft zieht Helium und schwerere Elemente binnen Monaten unter die Oberfläche. Das Helium und die Metalle, die dort zu sehen sind, müssen also laufend von außen nachkommen.

Eine Studie aus dem Jahr 2000 wertete ein Ultraviolettspektrum aus, das Hubble am 10. Januar 1999 aufgenommen hatte. Sie identifizierte sieben Elemente, doch rund 100 Linien ließen sich keinem bekannten Element zuordnen, und woher die fremde Materie in der Atmosphäre des Sterns stammte, blieb ein Rätsel. Jamie Williams von der University of Warwick und sein Team haben die Daten mit neueren Verzeichnissen atomarer Spektrallinien noch einmal ausgewertet und die meisten dieser Linien auf Kupfer und Niob zurückgeführt. Spektren, die der NASA-Satellit FUSE 2002 aufgenommen hat, zeigen dieselben Niob-Linien.

Was ein Planet der zweiten Generation ist

Die Erde ist ein Planet der ersten Generation: Sie entstand aus der Gas- und Staubscheibe, die bei der Geburt der Sonne übrig blieb. Ein Planet der zweiten Generation bildet sich erst spät im Leben seines Sterns, aus Material, das der Stern selbst abgestoßen hat.

In seiner letzten Riesenphase, auf dem sogenannten asymptotischen Riesenast (englisch asymptotic giant branch, AGB), bläst ein sonnenähnlicher Stern seine äußeren Schichten fort. Im Inneren solcher Sterne fangen Atomkerne nach und nach einzelne Neutronen ein, und so entstehen allmählich Elemente, die schwerer als Eisen sind; Astronomen nennen das den s-Prozess (s für englisch slow, langsam). Niob ist eines seiner Produkte. Ein Planet aus dem ausgestoßenen Material eines AGB-Sterns sollte deshalb einen Überschuss an Niob zeigen, wie ihn kein bekannter Prozess bei einem Planeten hervorbringt, der um einen jungen Stern entstanden ist.

Ein einzelner Stern, der gleichmäßig in alle Richtungen Masse verliert, hinterlässt wahrscheinlich keine Scheibe, aus der Planeten entstehen könnten. Die Autoren vermuten deshalb einen engen Begleiter: Der sich aufblähende Riese hätte den Begleiter verschluckt, und dieser hätte geholfen, die Hülle des Riesen abzustoßen. Ein Teil dieser Hülle könnte dann eine Scheibe gebildet haben.

Die Belege

• Zu viel Niob. Das Verhältnis von Niob zu Kalzium ist mehr als tausendmal so hoch wie in der Sonne, und in den FUSE-Spektren von 33 anderen Weißen Zwergen, auf die ebenfalls Trümmer gefallen sind, findet sich kein Niob.
• Kein Gestein. Trümmer, die auf Weiße Zwerge fallen, sind meist reich an Silizium und Eisen. Hier tritt Silizium nur in Spuren auf, und Eisen wurde gar nicht nachgewiesen; Nickel ist also mindestens doppelt so häufig wie Eisen. In der gesamten Erde ist Eisen dagegen etwa zwanzigmal so häufig wie Nickel. Zusammen mit dem einströmenden Helium spricht das für die Atmosphäre eines Riesenplaneten.
• Ein Rhythmus von 4,4 Tagen. Der NASA-Satellit TESS sah den Stern alle 4,4 Tage um 0,12 % heller und wieder schwächer werden. Weiße Zwerge drehen sich typischerweise in etwa 30 Stunden einmal um sich selbst; das Team schreibt das langsamere Signal deshalb einem Körper zu, der den Stern in 6,6 Millionen Kilometern Abstand umkreist. Das ist ein Neuntel des Abstands zwischen Merkur und Sonne.

Was noch offen ist und wo der Stern steht

Den Planeten selbst hat noch niemand gesehen, und seine Masse ist unbekannt; die Studie nennt ihn deshalb einen Kandidaten. TESS hat ihn nie vor dem Stern vorbeiziehen sehen, und das 4,4-Tage-Signal ist schwach: Wertet man die vier Beobachtungsabschnitte einzeln aus, ist es nur in zwei davon deutlich zu sehen. Sternlicht, das die Tagseite eines gewöhnlichen Planeten reflektiert oder wieder abstrahlt, könnte eine Schwankung von 0,12 % nur dann erzeugen, wenn der Planet einen vier- bis achtmal so großen Durchmesser hätte wie Jupiter. Die Autoren schlagen zwei Erklärungen vor: Entweder handelt es sich um einen jungen Planeten, dessen heiße Nachtseite heller strahlt als seine dunstige Tagseite, oder um einen kometenartigen Schweif aus entweichendem Gas, der sich von uns aus gesehen vor den Stern schiebt, obwohl der Planet selbst nicht vor ihm vorbeizieht.

Auch die Chemie passt nicht ganz: Nach den Modellen erzeugen AGB-Sterne neben Niob auch Strontium, doch Strontium wurde nicht nachgewiesen.

HS 0209+0832 steht im Sternbild Walfisch, bei Rektaszension 2h 12m und Deklination +8° 47′. Der Stern ist von beiden Erdhalbkugeln aus sichtbar und steht Ende Oktober mitten in der Nacht am höchsten: von Berlin aus 46° hoch im Süden, von Kapstadt aus 47° hoch im Norden. Er leuchtet mit etwa Größenklasse 13,8; man findet ihn nur mit einem Teleskop und einer detaillierten Sternkarte, und auch dann ist er ein schwacher Lichtpunkt wie jeder andere Stern. Den Planeten selbst hat kein Teleskop gesehen, auch Hubble nicht: Alles, was hier steht, wurde aus dem Licht des Sterns herausgelesen.