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Wednesday, April 8, 2020

Bewohnbare Planeten um weiße Zwerge?

Weiße Zwerge von bewohnbaren Planeten umkreist: Nein, ihr habt euch nicht verlesen. Und das ist auch keine Satire, sondern ein ernst gemeinter wissenschaftlicher Beitrag. Wer weiß, was weiße Zwerge sind, wird verstehen, was ich meine.

Weiße Zwerge: Ausgebrannte Sternleichen

Die Zukunft der Sonne sieht nicht gerade rosig aus. Je älter sie wird, desto weniger Wasserstoff ist in ihrem Kern übrig, denn dieser wird dort zu Helium verschmolzen. Doch da der Strahlungsdruck damit abnimmt und die Gravitation dann den Druck im Innern des Sterns erhöht, setzt die Sonne tatsächlich mehr Energie frei, je weniger Wasserstoff in ihrem Innern übrig ist. Doch dies lässt sich nicht dauerhaft aufrecht erhalten. Irgendwann werden die gesamten Hüllen des Sterns abgestoßen, übrig bleibt nur der extrem dichte etwa erdgroße Kern, der aus sogenannter entarteter Materie besteht. Ein toter Stern, dessen Energiequelle versiegt ist.

Langsame Abkühlung

Daher fusionieren weiße Zwerge in ihrem Innern keine Elemente mehr und erzeugen auch keine Energie. Doch sie leben von der Wärme, die der Stern als Roter Riese erzeugt hat und haben daher eine außergewöhnlich hohe Oberflächentemperatur, bis zu 100.000 Kelvin. Doch mit der Zeit kühlt er aus bis er vermutlich nach einer sehr sehr langen Zeit zu einem schwarzen Zwerg wird, der gar nicht mehr strahlt. Für viele Milliarden Jahre würden weiße Zwerge jedoch noch genug Wärme abstrahlen, um theoretisch die Existenz flüssigen Wassers auf ihren Planeten zu ermöglichen.

“Goldlöckchenzone”

Ob auf einem Planeten die Temperaturen für flüssiges Wasser geeignet sind, hängt nämlich vor allem von der Leuchtkraft des Sterns und der Entfernung des Planeten zum Stern ab. Aus diesen beiden Faktoren ergibt sich eine Zone, in der die Temperaturen genau richtig sind, nicht zu warm und nicht zu kalt, die sogenannte Goldlöckchenzone oder habitable Zone. Bei größeren Sternen liegt die Goldlöckchenzone in größerer Entfernung zum Stern, bei kleineren Sternen näher dran, im Fall der Sonne beginnt sie etwa bei 0,725 AE Entfernung und endet bei 1,24 AE Entfernung. Die Erde mit etwa 1 AE Entfernung liegt mitten drin. Die Goldlöckchenzone der weißen Zwerge liegt jedoch bei nur 0,01 AE, das würde bedeuten, der Planet umkreist den Stern 100 Mal näher als die Erde die Sonne umkreist und braucht für einen Orbit gerade einmal 10 Stunden.

Entstehung fraglich

Doch daraus resultiert ein Problem. In dieser Entfernung können die Planeten den Stern nicht schon immer umkreist haben. Das liegt an der Entstehung eines weißen Zwerges. Wie schon erwähnt handelt es sich dabei um Spätstadien sonnenähnlicher Sterne. Bevor sie zum weißen Zwerg werden, dehnen sie sich jedoch massiv aus und werden zunächst zu einem Roten Riesen. Planeten in einem solchen Abstand würden dabei definitiv zerstört. Sie müssen sich also anders gebildet haben. Eine Möglichkeit wäre, dass die Planeten wandern. Sie könnten den Stern früher einmal in deutlich größerer Entfernung umkreist haben und erst nachdem der Stern zum weißen Zwerg wurde nach innen migriert sein. Eine andere Möglichkeit ist, dass sich die Planeten erst nach dem Ableben des Sterns aus den Trümmern zerstörter Planeten und dem Material, das der Stern ausstößt, bilden.

Bausteine des Lebens vorhanden

Vor allem solche Planeten müssten noch lebensfreundlicher sein, als man vermutet. Denn die Hüllen des Roten Riesen enthalten alle Elemente, die auf der Erde die Bausteine des Lebens bilden, etwa Kohlenstoff, Sauerstoff, Calcium, etc. Planeten, die sich aus diesem Nebel bilden, könnten daher geradezu Horte des Lebens sein. Und auch die Existenz von Gesteinsplaneten um weiße Zwerge ist offenbar weit verbreitet, da es zum einen eine große Anzahl schwerer Elemente auf ihrer Oberfläche gibt und zum anderen auch schon weiße Zwerge mit einem Planetensystem beobachtet wurden. Das Problem daran ist, dass die enorme Gravitationskraft weißer Zwerge unter Umständen in der Lage sein kann, das ehemalige Planetensystem zu zerreißen. Dennoch schätzen Wissenschaftler, dass auf etwa 500 weiße Zwerge ein bewohnbarer Planet kommt.

Einfach zu entdecken

Man könnte sogar noch weiter gehen. Wenn wir außerirdisches Leben suchen, könnten wir bei Planeten, die weiße Zwergen umkreisen die besten Chancen haben. Zunächst lassen sich Exoplaneten um weiße Zwerge am einfachsten finden. Viele meisten Exoplaneten werden durch die Transitmethode gefunden. Wenn der Planet zwischen seinem Stern und der Erde vorbeizieht, verdeckt er dabei einen Teil seines Lichtes. Wenn die Helligkeit von Sternen in regelmäßigen Abständen abnimmt, ist dies ein untrügliches Zeichen für einen Planeten. Doch normalerweise ist diese Verdunklung minimal, es ist etwa so als würde eine Mücke vor einem Flutlicht fliegen. Doch weiße Zwerge sind so klein und leuchtschwach, dass ein vorbeiziehender Planet fast das gesamte Licht verdeckt – und somit deutlich einfacher zu entdecken ist.

Suche nach Biosignaturen

Wenn man erstmal Gesteinsplaneten um weiße Zwerge gefunden hat, dürfte sich auch die Frage, ob er eventuell bewohnt ist, in Zukunft recht einfach klären. Dafür muss man in den Atmosphären der Planeten – sofern eine vorhanden ist – nach sogenannten Biosignaturen suchen, das sind bestimmte Stoffe, die fast ausschließlich durch biologische Prozesse entstehen, etwa Sauerstoff. Dies wird in einigen Jahren mit dem James Webb Space Telescope (JWST) möglich sein. Um auf diesem Wege einen Nachweis zu erhalten, wird bei Planeten, die weiße Zwerge umkreisen nur wenige Stunden dauern. Der Gedanke solcher Lebensformen ist sehr faszinierend – genauso wie der Sternenhimmel, den sie auf einem derartigen Planeten vorfinden würden.

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