Milliarden Jahre zuvor konnte die Sonne einen Planeten verschlingen, und Wissenschaftler glauben, dass der Beweis noch in ihr verborgen ist. Eine neue Studie, veröffentlicht in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vermutet, dass eine Welt von Super-Erden-Größe in die junge Sonne fiel, was eine permanente chemische Spur unter ihrer Oberfläche hinterließ. Diese Spuren sind es, die die Forscher als „Fingerabdrücke“ bezeichnen.
Die Idee ist einfach: ein Planet, mehrere Male massereicher als die Erde, trat in die Sonne ein und zerbrach, vermischte sein Material mit dem Innern des Sternes. Diese Vermischung änderte die Zusammensetzung der Sonne auf Weise, die heute gemessen werden kann. Die Studie wurde von Professor Mutlu Yildiz der Ege Universität in der Türkei geleitet.
„Unsere neue Studie suggeriert, dass ein Planet mehrere Male massereicher als die Erde in die junge Sonne gefallen sein könnte und eine dauerhafte chemische Spur tief in ihrem Inneren hinterlassen hat.“
Was die Fingerabdrücke zeigen
Yildiz und sein Team modellierten die gesamte Geschichte der Sonne mit dem MESA-Sternevolutionscode. Sie verglichen dann diese Modelle mit präzisen Beobachtungen des Sonneninnern, einschließlich der Schallgeschwindigkeitsstruktur und des Lithium-Gehalts. Der Vergleich offenbarte ein Muster.
Für Jahrzehnte haben die akzeptierten physikalischen Gesetze, wie Sterne altern, bestimmte Messungen der inneren Bewegungen der Sonne nicht erklären können. Zwei Messungen insbesondere erwiesen sich als besonders schwierig, mit den Modellen vereinbar zu machen: die Geschwindigkeit, mit der Schallwellen durch das Material unter der Sonnenäußerschicht des bewegten Gases reisen, und die Tiefe dieser Schicht selbst. Gleichzeitig zeigt die Sonne eine erhebliche Verringerung des Lithiums auf ihrer sichtbaren Oberfläche, etwas, das bereits weit verbreitet erkannt wird.
Die Forscher spekulierten, dass beide Rätsel möglicherweise auf dasselbe Ereignis in der chemischen Vergangenheit der Sonne zurückzuführen seien. Wenn junge Sterne entstehen, bilden sie um sie herum protoplanetäre Scheiben, und große Mengen von Materie wechseln zwischen diesen Scheiben und den Sternen selbst hin und her. Das Material, aus dem Planeten bestehen, unterscheidet sich chemisch vom Gas innerhalb der Scheibe. Die Frage war dann, ob der frühe Verschlingungsakt eines Planeten eine chemische Spur innerhalb der jungen Sonne hinterlassen konnte.
Die Simulationen deuteten auf eine Situation hin, bei der die junge Sonne eine Supererde verschlang, die einen Umfang zwischen 5 und 10 Mal der Masse der Erde hatte. Das Modell erzeugte diese Masse als Ergebnis, nicht als eine Anfangsvoraussetzung, die ihm eingegeben worden war.
Der MESA-Code und die Prüfung
MESA ist ein Simulationscode, der dazu entwickelt wurde, wie Sterne sich mit der Zeit verändern, und die Wissenschaftler verwendeten ihn, um verschiedene Geschichten von Massen, die von außen hinzugefügt wurden, zu untersuchen, indem sie die Ergebnisse mit Messungen verglichen, die das Innere der Sonne und den Zusammensetzung ihrer äußeren Schicht betrachteten. Sie prüften auch andere mögliche Ursachen, darunter das Verhalten von Materie unter Druck, die Bewegung von Licht durch das Material und verschiedene Beschreibungen für den Transport von Hitze und Gas im Stern.
Einer der Funde war eine bestimmte Masse für Supererden, und dieses Ergebnis stand als einer der faszinierendsten Teile der Arbeit hervor.
Mehrere unabhängige Messungen der Eigenschaften der Sonne, einschließlich Beobachtungen ihres Innern und ihrer ungewöhnlich geringen Lithiumabundanz, werden alle gleichzeitig durch das Modell erklärt.
Warum die Sonne wenig Lithium hat
Ein sichtbares Abfall von Lithium kann auf der Oberfläche der Sonne festgestellt werden, und dies wurde weit verbreitet anerkannt. Standardmodelle haben es schwierig gefunden, diesen Abfall zu erklären.
Das Team stellte vor, dass eine Supererde durch den Gasring, der die junge Sonne umgab, nach innen wanderte, bis sie in den Stern fiel. Als sie zerbrach, vermischte sich ihre Materie mit dem Innern der Sonne. Diese Vermischung konnte die innere Struktur der Sonne verändern und ihren Lithiumanteil verringern.
Die Forscher entdeckten, dass ein Planet durch die äußeren Schichten der Sonne hindurchgehen konnte, ohne viel Masse zu verlieren. Dies deutet darauf hin, dass Planeten Spuren hinterlassen könnten, die lange nach ihrem Verschwinden in ihren Heimatsternen zurückbleiben.
Was kommt als Nächstes
Während das Team einräumt, dass Beweise außerhalb des Erreichens liegen könnten, sagen sie, es sei möglicherweise nicht möglich, definitiv festzustellen, dass die Sonne einen Planeten verschlungen hat. Trotzdem argumentieren sie, dass die Identifikation der vorhergesagten strukturellen und chemischen Signatur unabhängig, vielleicht durch Helioseismologie oder andere Methoden, starkes Gewicht zugewiesen würde, dass solch ein Ereignis vor Milliarden Jahren stattgefunden hat.
Was folgt ist eine Prüfung, ob diese Fingerabdrücke auf eigene Rechnung zu erkennen sind.
Die fehlenden Super-Erden
Unsere eigene Sonnensystem enthält keine Super-Erden, obwohl viele andere Sternensysteme solche Planeten enthalten. Eine neue Studie verwies auf vorherige Arbeit, die einen oder mehrere Super-Erden innerhalb des Merkurorbites gebildet haben könnte, dann nach innen durch den Gasring bewegt wurden, möglicherweise in das junge Sonnensystem hinein.
Die vorherige Forschung legte einen Weg für die Verschlingung eines Planeten fest, machte aber keine Forderung, dass der Stern ihn schließlich verschluckte. Diese neue Untersuchung fragt stattdessen ab, ob die Sonne noch Zeichen trägt, dass eine solche Verschluckung tatsächlich geschah, und die Wissenschaftler glauben, dass es kann.
Das Bild und der Abzug
Ein Bild eines Sterns, der einen Planeten verschlingt, erscheint in der Publikation, zusammen mit einer blauen Linie, die zeigt, wie der Planet sich dem Stern nähert, bevor er hineinstürzt. Der Abzug des Bildes gehört zu NASA, ESA, CSA und Ralf Crawford (STScI).
Die Publikation und die Veröffentlichung
Der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society bringt die vollständige Publikation, tituliert „Planetary engulfment as a solution to solar-model discrepancies and its implications for planetary systems“, mit der DOI 10.1093/mnras/stag1527.
Gründlich im Jahr 1820 gegründet, arbeitet die Royal Astronomical Society (RAS) zur Förderung und Förderung des Studiums der Astronomie, der Sonnensystem-Wissenschaft, der Geophysik und verwandter wissenschaftlicher Gebiete. Es hat mehr als 4.000 Mitglieder, von denen ein Drittel im Ausland lebt, einschließlich wissenschaftlicher Forscher in Universitäten, Observatorien und Laboratorien sowie Historiker der Astronomie und anderen Mitgliedern.
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| Bühne | Details |
|---|---|
| Frühe Geschichte | Jünges Sonne umgeben von einem präplanetarischen Diskus |
| Wanderung | Super-Erde bildet sich innerhalb Merkurs Orbit, bewegt sich nach innen |
| Zusammenstoß | Planet stürzt in die Sonne |
| Vermischung | Material mischt sich mit dem Inneren der Sonne |
| Beobachtungen | Helioseismische Daten und die Oberflächenabundanz von Lithium |
| Modelle | Der MESA-Code untersucht verschiedene Accretionsgeschichten |
| Ergebnisse | Konvergieren auf einen Planeten mit 5–10 Erdmassen |
Die Forscher sind sich ihrer Einschränkungen bewusst. Sie wollen ihren Arbeitsgedanken erneut auf die Probe stellen. Es ist noch nicht bekannt, ob die Hinweise überhaupt zu erkennen sind.
Die Hoffnung der Gruppe besteht darin, dass zukünftige Beobachtungen ihre Vorhersage bestätigen.
Auffällig ist der Gedanke selbst: dass unsere eigene, vertraute Sonne die Spur eines Weltes tragen könnte, die einmal existierte und dann verschwand. Wenn solche Beweise existieren, sind sie in der Sonne selbst verschlossen, auf den passenden Instrumenten wartend, um sie enthüllt zu machen.