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Dienstag, 17.01.2017
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Exoplaneten lösen Rätsel der Sonnenchemie

Planeten sind die Ursache für zuvor ungeklärten Mangel an Lithium in Sternen

Eine Studie an hunderten von Sternen weist auf eine Verbindung zwischen dem „Lithiumrätsel" der Sonne - dem Umstand, dass unser Heimatstern unerwartet geringe Mengen von Lithium enthält - und dem Vorhandensein von Planetensystemen um Sterne hin. Die Astronomen fanden heraus, dass sonnenähnliche Sterne, die ein Planetensystem besitzen, das in ihnen enthaltene Lithium deutlich schneller in andere Elemente umwandeln als planetenlose Sterne. Die jetzt in „Nature“ erschienene Studie wirft nicht nur neues Licht auf ein altes Rätsel der Sonnenchemie, sondern zeigt auch einen hocheffizienten Weg auf, um Sterne mit Planetensystemen ausfindig zu machen.
Junger Stern, um den sich ein Planetensystem bildet (künstlerische Darstellung).

Junger Stern, um den sich ein Planetensystem bildet (künstlerische Darstellung).

Das Element Lithium hat einen sehr leichten Atomkern, der aus nur drei Protonen und vier Neutronen besteht. Die meisten solcher chemischen Elemente leichter als Eisen werden im Inneren von Sternen erzeugt. Was wir im Kosmos an Lithium finden ist den heutigen Modellen zufolge kurz nach dem Urknall entstanden, also vor rund 13,7 Milliarden Jahren. Die meisten Sterne haben daher einen sehr ähnlichen Lithiumgehalt - es sei denn, beachtliche Mengen dieses Elements sind bei Prozessen im Sterninneren zerstört worden. Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass die Sonne im Vergleich mit sonnenähnlichen Sternen nur geringe Mengen des leichten chemischen Elements Lithium enthält - doch eine Erklärung für diese Anomalie fehlte.

„Fast zehn Jahre lang haben wir uns bemüht, herauszufinden, wie sich Sterne, die ein Planetensystem besitzen, von ihren unfruchtbaren Cousins unterscheiden", sagt Garik Israelian, Erstautor der Studie, vom Instituto de Astrofisíca de Canarias in La Laguna auf Teneriffa. „Jetzt haben wir herausgefunden,
dass der Lithiumgehalt sonnenähnlicher Sterne davon abhängt, ob die Sterne von Planeten umkreist werden oder nicht."

500 Sterne analysiert


Diesen Schluss ziehen die Forscher aus der Analyse von 500 Sternen, von denen 70 von Planeten umkreist werden. Die meisten der Sterne wurden über mehrere Jahre mit dem High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (wörtlich der "Planetensucher für hochpräzise Radialgeschwindigkeitsmessungen") überwacht. Dieser Spektrograf, besser bekannt unter dem Akronym HARPS, ist eines der am 3,6-Meter- Teleskop der ESO installierten Instrumente, und der weltweit erfolgreichste Planetenjäger. „Dies ist die beste bislang verfügbare Stichprobe um zu verstehen, was Sterne, die ein Planetensystem besitzen, auszeichnet", so Koautor Michel Mayor vom Observatorium Genf.


Planetenbesitz zehrt Lithium auf


Die Astronomen betrachteten insbesondere sonnenähnliche Sterne, die ein Viertel der Stichprobe ausmachen. Sie fanden, dass die Mehrheit der Sterne, die von Planeten umkreist werden, weniger als ein Prozent des Lithiumgehalts der meisten anderen Sterne aufwiesen. „Genau wie unsere Sonne waren auch diese Sterne sehr effizient, als es darum ging, das Lithium, das sie bei ihrer Entstehung enthielten, zu zerstören" sagt Nuno Santos vom Astrophysikalischen Zentrum der Universidade de Porto in Portugal. „Mit Hilfe dieser einzigartigen großen Stichprobe konnten wir zeigen, dass das Fehlen von Lithium nicht mit irgendeiner anderen Eigenschaft der betreffenden Sterne - etwa ihrem Alter - zusammenhängt."

Lithiummessungen als neue Methode für Exoplanetensuche


Die neuen Ergebnisse zeigen damit auch eine Methode auf, wie Astronomen effektiver als bisher nach Planetensystemen suchen können: Anhand des Lithiumgehalts eines Sterns lässt sich entscheiden, ob sich aufwändigere Beobachtungen überhaupt lohnen. Nun, da der Zusammenhang zwischen der Anwesenheit von Planeten und besonders geringem Lithiumgehalt bekannt ist, gilt es, die physikalischen Mechanismen aufzuklären, die dahinterstecken.

„Es gibt verschiedene Weisen, wie ein Planet die Bewegung von Materie im Inneren seines Heimatsterns stören, so die Verteilung der verschiedenen chemischen Elemente beeinflussen und
möglicherweise die Zerstörung von Lithium herbeiführen kann. Nun sind die Theoretiker gefragt, welche der Möglichkeiten am wahrscheinlichsten ist," schließt Mayor.
(Max-Planck-Institut für Astronomie/ESO, 12.11.2009 - NPO)
 
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