Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat sich bereits als geschickt darin erwiesen, in die Vergangenheit zu blicken, indem es Objekte in enormen Entfernungen abbildet, aber ein neuer Durchbruch könnte dazu geführt haben, dass das leistungsstarke Instrument fast wie eine wissenschaftliche Kristallkugel wirkt und in die ferne Zukunft blickt Sonnensystem.
Das JWST führte seine Prognose durch, als es eine mögliche seltene direkte Richtung von zwei extrasolaren Planeten oder „Exoplaneten“ ermittelte, die zwei verschiedene tote Sterne, oder „Weiße Zwerge“, umkreisen.
Die Planeten ähneln nicht nur stark den Gasriesen Jupiter und Saturn im Sonnensystem, sondern die Weißen Zwerge dienen auch als Analogien zum Schicksal der Sonne. Wenn sich die Sonne selbst in einen Weißen Zwerg verwandelt, wird die Veränderung wahrscheinlich die Planeten im inneren Sonnensystem zerstören – bis hin zum Jupiter.
„Es wurden nur sehr wenige Planeten um Weiße Zwerge entdeckt. Das Außergewöhnliche an diesen beiden Kandidatenplaneten ist, dass sie den Planeten in unserem äußeren Sonnensystem in Temperatur, Alter, Masse und Bahnabstand ähnlicher sind als alle zuvor gefundenen Planeten“, sagt Susan Mullaly, Hauptautor der Forschung, die noch einer Begutachtung bedarf, und Astronom am Space Telescope Science Institute, sagte gegenüber Space.com. „Dies bietet uns die erste Chance zu sehen, wie ein Planetensystem aussieht, nachdem sein Stern gestorben ist.“
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Eine Momentaufnahme unserer Zukunft
Die Planetenkandidaten wurden vom Mid-Infrared Instrument (MIRI) des JWST direkt beobachtet, während sie die Weißen Zwerge WD 1202-232 und WD 2105-82 umkreisen. Ein Exoplanetkandidat befindet sich in einer Entfernung von seinem Weißen Zwerg, die etwa dem 11,5-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. Der andere Kandidat befindet sich weiter von seinem toten Mutterstern entfernt, in einer Entfernung von etwa dem 34,5-fachen des Abstands zwischen unserem Planeten und unserem Stern.
Die Massen der Planeten sind derzeit ungewiss. Mullaly und Kollegen schätzen, dass sie zwischen dem 1- und 7-fachen der Masse von Jupiter, dem massereichsten Planeten im Sonnensystem, liegen.
Wenn die Sonne in etwa 5 Milliarden Jahren ihren Brennstoffvorrat für die in ihrem Kern ablaufenden Kernfusionsprozesse erschöpft hat, wird sie zu einem Roten Riesen anschwellen. Die Kernfusion wird jedoch in ihren äußeren Schichten weitergehen. Dadurch werden die äußeren Schichten unseres Sterns bis zum Mars reichen und Merkur, Venus, Erde und möglicherweise den Roten Planeten selbst verschlucken. Schließlich werden diese äußeren Schichten abkühlen und ein schwelender Sternkern zurückbleiben, jetzt ein Weißer Zwerg, umgeben von einem planetarischen Nebel aus erschöpfter Sternmaterie.
Diese Entdeckungen von Exoplaneten geben jedoch Hinweise darauf, was mit den Planeten jenseits des Mars, den Gasriesen Jupiter und Saturn, passieren könnte, wenn die Sonne stirbt.
„Unsere Sonne wird sich voraussichtlich in fünf Milliarden Jahren in einen Weißen Zwerg verwandeln“, sagte Mullaly. „Wir gehen davon aus, dass Planeten nach dem Tod eines Sterns nach außen in größere Umlaufbahnen driften. Wenn man also bei diesen Kandidatenplaneten die Uhr zurückdreht, würde man erwarten, dass diese ähnliche Umlaufbahnabstände wie Jupiter und Saturn hatten.“
„Wenn wir diese Planeten bestätigen können, werden sie einen direkten Beweis dafür liefern, dass Planeten wie Jupiter und Saturn den Tod ihres Muttersterns überleben können.“
Darüber hinaus sind die Weißen Zwerge im Zentrum dieser Entdeckung mit Elementen verunreinigt, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind und die Astronomen „Metalle“ nennen. Dies könnte einen Hinweis darauf geben, was mit den Körpern im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter nach dem Untergang der Sonne passieren wird.
„Wir vermuten, dass die Riesenplaneten die Metallverschmutzung verursachen, indem sie Kometen und Asteroiden auf die Oberfläche der Sterne treiben“, erklärte Mullaly. „Die Existenz dieser Planeten verstärkt den Zusammenhang zwischen der Metallverschmutzung und Planeten. Da 25 bis 50 % der Weißen Zwerge diese Art von Verschmutzung aufweisen, bedeutet dies, dass Riesenplaneten häufig in der Nähe von Weißen Zwergsternen vorkommen.“
Daher könnten alle Asteroiden, die den Tod der Sonne überleben, von Jupiter und Saturn auf ihre Leiche geworfen werden.
Die Doppelentdeckung ist beeindruckend, weit über das hinaus, was sie für die Zukunft unseres Planetensystems vorhersagt – sie stellt auch einfach eine seltene wissenschaftliche Errungenschaft dar.
Eine seltene direkte Entdeckung eines Exoplaneten
Seit der Entdeckung der ersten Exoplaneten Mitte der 1990er Jahre haben Astronomen rund 5.000 Welten entdeckt, die Sterne außerhalb des Sonnensystems umkreisen. Nach Angaben der Planetary Society waren bis April 2020 nur 50 dieser Exoplaneten mit direkter Bildgebung entdeckt worden.
Das liegt daran, dass das Licht eines Planeten in solch großen Entfernungen normalerweise vom intensiven Licht des Muttersterns dieses Planeten überlagert wird, sodass das direkte Erkennen eines Exoplaneten dem Erkennen eines Glühwürmchens ähnelt, das auf der brennenden Lampe eines Leuchtturms sitzt.
Daher erkennt man Exoplaneten normalerweise an der Wirkung, die sie auf das Licht ihres Sterns haben, entweder dadurch, dass sie beim Überqueren oder „Durchqueren“ der Sternoberfläche einen Abfall der Lichtausbeute verursachen, oder durch eine „Wackelbewegung“, die dabei entsteht Der Planet zieht gravitativ an dem Stern.
„Wir haben diese beiden Exoplaneten direkt abgebildet, das heißt, wir haben sie fotografiert und sehen das vom Planeten selbst erzeugte Licht“, sagte Mullaly. „Die meisten entdeckten Exoplaneten wurden mit der Transitmethode oder durch Messung der Bewegung des Sterns gefunden. Diese indirekten Methoden tendieren dazu, Planeten zu bevorzugen, die viel näher am Stern liegen. Direkte Bildgebung ist besser, um Planeten zu finden, die weiter vom Stern entfernt sind größere Bahnabstände.“
Sie erklärte, dass das JWST durch die direkte Entdeckung dieser Planeten die Möglichkeit eröffnet habe, diese Welten weiter zu untersuchen; Wissenschaftler können nun damit beginnen, Dinge wie die Zusammensetzung der Atmosphären der Planeten zu untersuchen und ihre Massen und Temperaturen direkt zu messen.
Mullaly fügte hinzu, dass nicht alles, was sie und ihr Team über diese Exoplaneten herausgefunden hatten, erwartet worden sei und dass diese Eigenheiten die Art und Weise verändern könnten, wie Astronomen über Exoplaneten wie diese im Allgemeinen denken.
Alternativ könnten die seltsamen Merkmale der Zielwelten verlockende Hinweise auf die lang ersehnten Exomoons geben.
„Wenn es sich um Planeten handelt, ist es überraschend, dass sie im mittleren Infrarotbereich nicht so rot sind, wie wir es erwarten würden. Die von JWST bei 5 und 7 Mikrometern gesammelte Lichtmenge ist heller, als wir es für beide Exoplaneten-Kandidaten erwarten könnten Alter und wie hell sie bei 15 Mikrometern sind“, schloss Mullaly. „Dies könnte unser Verständnis der Physik und Chemie der Atmosphären von Exoplaneten in Frage stellen.“
„Oder vielleicht bedeutet es, dass es eine andere Lichtquelle gibt, etwa einen erhitzten Mond, der den Planeten umkreist.“
Die Forschung des Teams ist als Vorabdruck auf der Forschungsrepository-Site arXiv verfügbar.