Das Universum ist manchmal ein ziemlich unfreundlicher Ort. Normalerweise hat man als Himmelskörper ja seine Ruhe. Man bewegt sich friedlich durchs All und abgesehen von ein paar kleineren Kollisionen mit kleinen Objekten wie Asteroiden und Kometen passiert nicht viel. Zwischen den Himmelskörpern ist so viel Platz, dass zum Beispiel Zusammenstöße zwischen Planeten äußerst selten und Kollisionen zwischen Sternen so gut wie unmöglich sind. Es sei denn, man macht den Fehler und hält sich in ganz speziellen Regionen auf. Zum Beispiel in Sternhaufen. Dort ist alles ein wenig gedrängter und es können Dinge passieren, die ansonsten nicht stattfinden. Wie etwa das, was Astronomen aus Italien kürzlich entdeckt haben: Einen Planeten, der von einem weißen Zwerg zerstört worden ist.

Melania Del Santo vom Istituto Nazionale di Astrofisica in Palermo und ihre Kollegen haben den Kugelsternhaufen NGC 6388 beobachtet (“The puzzling source IGR J17361-4441 in NGC 6388: a possible planetary tidal disruption event”). Wie der Name schon sagt, ist ein Kugelsternhaufen eine kugelförmige Ansammlung von Sternen (ich habe hier mehr darüber erzählt). NGC 6388 ist wie die meisten anderen Kugelsternhaufen besonders alt – mehr als 10 Milliarden Jahre – und am Himmel im Sternbild Skorpion zu sehen (allerdings nicht ohne optische Hilfsmittel). Er befindet sich innerhalb unserer Milchstraße; knapp 35.000 Lichtjahre entfernt. Dort sind die Sterne wesentlich dichter gepackt als in den normalen Regionen der Galaxis und es kann durchaus vorkommen, dass sich zwei von ihnen sehr nahe kommen oder sogar miteinander kollidieren. Für Planeten ist so ein Kugelsternhaufen kein gutes Pflaster, denn die vielen nahen Begegnungen zwischen den Sternen machen ihre Bahnen tendenziell instabil so dass sie irgendwann aus ihrem eigentlich System heraus fliegen und dann alleine durch den Haufen fliegen. Und da warten weitere Gefahren auf sie, wie Del Santo und ihre Kollegen entdeckt haben.

Der Sternhaufen NGC 6388. Dem optischen Bild sind die Messungen im Röntgenlicht in pink überlagert (Bild - X-ray: NASA/CXC/IASF Palermo/M.Del Santo et al; Optical: NASA/STScI)

Der Sternhaufen NGC 6388. Dem optischen Bild sind die Messungen im Röntgenlicht in pink überlagert (Bild – X-ray: NASA/CXC/IASF Palermo/M.Del Santo et al; Optical: NASA/STScI)

Im Zentrum des Kugelsternhaufens befindet sich ein schwarzes Loch. Kein gigantisches supermassereiches Loch wie in den Zentren der großen Galaxien, sondern ein sogenanntes “intermediate-mass black hole” mit nur der etwa hundertfachen Masse der Sonne. Wenn Material auf so ein Loch fällt, dann gibt es dabei hochenergetische Strahlung ab, weswegen man solche aktiven schwarzen Löcher (bzw. ihre unmittelbare Umgebung) auch gut im Röntgenlicht beobachten kann. Genau das haben die Astronomen getan und tatsächlich viele Röntgenquellen in NGC 6388 gefunden. Man vermutete bisher, das ein Teil dieser Röntgenstrahlung von heißem Gas stammt, das auf das zentrale schwarze Loch fällt. Aber wie die neuen Beobachtungen zeigen, scheint das nicht der Fall zu sein. Die von den Wissenschaftlern gefundene starke Röntgenquelle befindet sich nicht dort, wo sich das schwarze Loch befindet. Es muss sich also um etwas anderes handeln und um herauszufinden, wo die Strahlung herkommt, haben Del Santo und ihre Kollegen das Weltraumteleskop Swift benutzt, um sich die Sache genauer anzusehen.

Es könnte sich zum Beispiel um ein Doppelsternsystem handeln, in dem sich ein Neutronenstern befindet. Aber in dem Fall würde das Röntgenlicht periodisch heller und dunkler werden und das war nicht der Fall. Es könnte sich auch um ein ganz normales, kleines schwarzes Loch handeln, das nach dem Tod eines Sterns entsteht. Aber dafür war die Röntgenstrahlung zu schwach. Del Santo und ihre Kollegen haben aber beobachtet, dass das Röntgenlicht während der Messung schwächer wurde. Und das deutet auf eine ganz andere Quelle hin: Einen Planeten, der von einem weißen Zwerg zerstört wurde.

Weiße Zwerge gibt es in Kugelsternhaufen genau so, wie überall sonst. Sie entstehen, wenn sonnenähnlichen Sternen am Ende ihres Lebens der Brennstoff ausgeht und sie in sich zusammenfallen. Die Masse des Sterns wird auf ein Volumen komprimiert, das in etwa der Erde entspricht. Das hat Auswirkung, vor allem auf die Gezeitenkräfte. Bei den Gezeiten geht es ja nicht um die Gravitationskraft der gesamten Masse, sondern den Unterschied der Gravitationskraft. Der Mond zieht an der ihm zugewandten und daher ein bisschen näheren Seite der Erde ein bisschen stärker als an der mondabgewandten Seite und dieser Unterschied ist für Ebbe und Flut verantwortlich. Bei einem weißen Zwerg ist die Masse aber viel dichter gepackt und das verstärkt den Gezeiteneffekt. Nähert sich ein Planet dem weißen Zwerg, dann wirkt auf der dem Zwerg zugewandte Seite eine stärkere Gravitationskraft als auf der abgewandten Seite. Und weil der weiße Zwerg so viel Masse auf so kleinem Raum vereint, kann man dieser Masse auch sehr nahe kommen. Auf der einen Seiten des Planeten zieht der weiße Zwerg nun viel stärker als auf der anderen und wenn diese Kraft groß genug ist – größer als die Kräfte, die den Planeten zusammenhalten – dann wird er dabei auseinander gerissen. Das Material, aus dem er besteht, wird dabei aufgeheizt und beginnt im Röntgenlicht zu leuchten, bevor es auf den weißen Zwerg fällt und dabei erneut Röntgenstrahlung erzeugt.

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Kommentare (15)

  1. #1 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    22. April 2015

    @florian
    “mehr als 10 Milliarden Jahre”

    Müsste dann so ein alter Sternenhaufen nicht sogar größtenteils aus Weißen Zwergen bestehen?

    Lg H.

  2. #2 Ludger
    22. April 2015

    Florian: “Und weil der weiße Zwerg so viel Masse auf so kleinem Raum vereint, ist der Unterschied so groß, dass es für den Planeten katastrophale Folgen haben kann.

    Das ist zumindest erklärungsbedürftig. Mir kommen jedenfalls folgende Gedanken:
    Ob das Volumen eines Zentralgestirns groß oder klein ist, macht ja für die Keplerbahn des Planeten erst mal keinen Unterschied. Das Schwerefeld ist bei gegebener Masse also vom Volumen des Zentralgestirns unabhängig. Der Planet kommt bei gegebener Masse des Zentralgestirns nur bei einem weißen Zwerg näher an das Massezentrum heran ohne mechanisch zu kollidieren, als es bei einem massegleichen Stern aus der Hauptreihe möglich wäre. Und dann kommen die Gezeitenkräfte zum Tragen.

  3. #3 Florian Freistetter
    22. April 2015

    @Ludger: Stell dir das Gravitationspotential als Loch vor. Je mehr Masse du auf einen Haufen packst und je enger du sie packst, desto tiefer ist das Loch und desto steiler die Wand des Lochs. Wenn du jetzt an dieser Wand runter kletterst, ist der Unterschied im Abstand zum Boden des Lochs zwischen deinem Kopf und deinen Beinen um so größer, je steiler die Wand ist. Und bei den Gezeiten ist es genau so: Je dichter die Masse, desto stärker der Effekt.

    @Higgs-Teilchen: “Müsste dann so ein alter Sternenhaufen nicht sogar größtenteils aus Weißen Zwergen bestehen?”

    Kommt drauf an, welche Sterne dort drin sind. Nicht jeder Stern wird zum weißen Zwerg. Und kleinere Sterne als die Sonne leben viele dutzend/hundert Milliarden Jahre.

  4. #4 Hans
    22. April 2015

    Hinweis am Rande:
    1. Absatz unter dm Bild, letzter Satz:

    Es muss sich also um etwas anderes halten und um herauszufinden,

    das sollte doch sicher handeln heissen. Ansonsten: Ist ja irre, was es alles gibt…

  5. #5 Hans
    22. April 2015

    Ich bin … (beliebigen Ausdruck einsetzen) !
    Da mach ich auf einen Fehler aufmerksam, und schreib selber nicht richtig… *kopfklatsch* – also: ich kauf noch ‘n “e”.

  6. #6 Ludmila
    http://www,scienceblogs.de/planeten
    22. April 2015

    Hallo Florian,
    Und weil der weiße Zwerg so viel Masse auf so kleinem Raum vereint, ist der Unterschied so groß, dass es für den Planeten katastrophale Folgen haben kann.

    Na ja, hier hab ich auch massive Verständnis-Probleme.

    Zum einen gibt die Veröffentlichung, diese Aussage nicht her (übrigens Link ist falsch gesetzt).

    Desweiteren habe ich dieselben Einwände wie Ludger:
    Für das Auseinanderreisen des Planeten ist in erster Näherung die Dichteverteilung innerhalb des Planeten wichtig und nicht die innerhalb des Sterns. Deswegen gibt es auch unterschiedliche Rochelimits für felsige Planeten, lockere Asteroiden und Gasplaneten. Und so ähnlich rechnen auch die Autoren, dass sie einen unterschiedlichen “tidal radius” rechnen, ausgehend von der Zusammensetzung des Planeten.

    Du erzählst doch im Artikel ganz richtig, dass die eine Seite des Planeten stärker angezogen wird als die andere und dann springst Du von da auf einmal auf die Masseverteilung des Sterns. Ich sehe da auch ein non-sequitor.

    Deine Einlassung im Kommentar, dass das Gravitationspotential um einen weißen Zwerg steiler ist, als um ein weniger kompaktes Objekt, stimmt zwar grundsätzlich. D.h. Du würdest das Gravitationsfeld nicht nur mit Punktmasse in der Mitte rechnen, wie man es sonst bei Gezeitenuntersuchungen macht.

    Aber ist das hier so? Muss man nicht verdammt nah dran sein, um solche Effekte höherer Ordnung zu berücksichtigen? Und zwar irrelevant nah, weil der Körper schon viel früher von den Gezeiten auseinander gerissen wurde? Bzw. muss man die Massedichte nicht noch höher schrauben, Richtung schwarzes Loch?

    Kurz, ich hätte zumindest gerne die Gleichungen dazu gesehen, damit ich das nachvollziehen kann, denn mich würde das doch sehr überraschen. Und ich lass mich doch so gerne überraschen :-) (Entweder bin ich blind, oder es steht im Paper nicht.)

  7. #7 Benny
    22. April 2015

    Warum muss das ein Planet von einem anderen Sonnensystem sein? Ist es nicht viel wahrscheinlicher, dass es einen eigenen Planeten erwischt hat?

  8. #8 Alderamin
    22. April 2015

    Mich wundert ein wenig, dass es überhaupt felsige Planeten (ein Planet von einem Drittel Erdmasse muss eigentlich felsig sein, aber das Argument stimmt auch, wenn er aus Eis bestünde) in Kugelhaufen gibt, die sind ja sehr alt und die Sterne entsprechend metallarm. Früher hieß es mal, terrestrische Planeten könnten erst 5 Milliarden Jahre oder so nach Entstehung der Milchstraße entstanden sein, als genug Metall im interstellaren Gas enthalten war. Dann entdeckte man neulich zwei Felsplaneten um Sterne, die über 10 Milliarden Jahre alt waren und vermutlich aus einer eingefangenen Zwerggalaxie stammen. Und jetzt ein Planet in einem Kugelhaufen.

    Das finde ich am bemerkenswertesten. Das heißt nämlich, dass es auch in der Milchstraße schon seit mindestens 10 Milliarden Planeten geben kann, auf denen Leben enstehen könnte, und dass wir Menschen auf der Erde nicht notwendigerweise frühe Intelligenzen der Milchstraße sein müssen (das Argument, SETI fände keine anderen, weil wir die ersten sind, zöge dann nicht mehr, eher das Argument, dass Intelligenzen oder Leben überhaupt recht selten im All sind).

  9. #9 UMa
    22. April 2015

    @Ludger, @Ludmila: Ludgers Erklärung ist richtig. Durch den geringen Radius des Weißen Zwergs kann ein Planet so nahe an ihn herankommen, dass er durch die Gezeitenkräfte zerrissen wird. Die sonstige Massenverteilung im Weißen Zwerg spielt keine Rolle, er kann als Punktmasse angenommen werden.

  10. #10 Florian Freistetter
    22. April 2015

    @Ludmila: “Für das Auseinanderreisen des Planeten ist in erster Näherung die Dichteverteilung innerhalb des Planeten wichtig”

    Oh, das hab ich überlesen. Klar, da hast du natürlich völlig recht. Ob ein Planet auseinander gerissen wurde, hängt auch stark vom Planeten selbst ab.

    “Aber ist das hier so?”

    Schreiben die zumindest im Abstract so: ” We investigate whether this source could be a tidal disruption event, and for certain assumptions find an accretion efficiency epsilon \approx 3.5E-04 (M_{Ch}/M) consistent with a massive white dwarf, and a disrupted minor body mass M_{mb}=1.9E+27(M/M_{Ch}) g in the terrestrial-icy planet regime.”

    Aber es wird auch angemerkt, dass die Sache nicht absolut wasserdicht ist; das es also auch was sein könnte, an was man noch nicht gedacht hat.

  11. #11 Balu
    22. April 2015

    Muss denn der Planet durch einen anderen Stern aus seinem System gerissen worden sein?

    Ist zwar in einem Kugelsternhaufen wahrscheinlicher als anderswo, aber wo viele Sterne sind entstehen auch viele Planeten und nach gängiger Theorie immer mehr als in ein System hinein passen.

    Deshalb kam mir der Gedanke das es sich ja um einen Protoplaneten handeln könnte, der bei der Planetenentstehung aus seinem System geworfen wurde.

    Zumal die geschätzte Masse der zerstörten Körpers auch eher gering ist und es sich somit um einen Protoplaneten handeln könnte.

    Eine andere Möglichkeit wäre ein Bruchstück eines Zerstörten Größeren Planeten der einst den Stern umkreiste bevor dieser zum Weißen Zwerg wurde.

  12. #12 Ludmila
    http://www,scienceblogs.de/planeten
    22. April 2015

    Hallo UMa,
    ein Planet kommt auch bei “normalen” Sternen nahe genug heran kann, dass es ihn aufgrund der Gezeitenscherung auseinander reißt. Dafür muss er nicht auf WD Groesse komprimiert sein. .

    Beispiel: http://arxiv.org/abs/1401.2784

    Außerdem passiert “tidal disruption” in unserem Sonnensystem ständig. Ist jetzt nicht so, als ob das nur bei dichten kompakten Objekten passiert. Deswegen bin ich ja so überrascht über den Text.

    Hallo Florian,

    Ich glaub, Du schmeißt zwei Dinge zusammen. Im Text ist zum einen vom tidal radius die Rede, ab dem der Felsplanet auseinander reißt. Der hängt nach deren Rechnung hauptsächlich von der Dichte des Planeten ab.

    Die accretion efficiency bezieht sich aber – soweit ich das sehe – eher darauf, was mit den Bruchstücken passiert, nachdem es den Planeten auseinander gerissen hat, wenn die auf den WD hineinspiralieren. Diese efficiency braucht man, um die Messungen erklären zu können. Klar, wenn da Planetenbruchstücke dem Stern unmittelbar auf den Kopf fallen und der dabei strahlt, brauchst Du jetzt auch die Massedichte des Zentralsterns. (wobei die im Text nicht mal direkt erwähnt wird.)

    Ich hab nochmal meine Doktorarbeit rausgekramt und mir den Roche-Radius angesehen, der etwas geläufiger für solche Berechnungen ist. Ja, hier ist auch im Zähler die dritte Wurzel der Dichte des Zentralsterns drin. Allerdings auch der Radius des Sterns, der ja viel kleiner ist als der eines Hauptreihensterns.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Roche-Grenze

    Wenn ich das ganze in Wolfram Alpha mal nach-xe:
    http://www.wolframalpha.com/input/?i=%28density+white+dwarf%2F+density+sun%29^%281%2F3%29*radius+white+dwarf%2F%28radius+sun%29

    Nope, das Ganze hebt sich ziemlich genau gegenseitig auf. Was auch nicht verwundert, weil die Dichte ja auch mit R^3 steigt.

    Sorry, der Satz oben ist so nicht richtig:
    Und weil der weiße Zwerg so viel Masse auf so kleinem Raum vereint, ist der Unterschied so groß, dass es für den Planeten katastrophale Folgen haben kann.

    Den Planeten zerreißt es, weil er dem Stern so nahe kommt, dass der Unterschied zwischen Anziehung zu- und abgewandter Seite groesser sind, als die Kräfte, die den Planeten zusammenhalten. Letzteres hängt von seiner Zusammensetzung ab.

  13. #13 Florian Freistetter
    22. April 2015

    @Ludmila: “Den Planeten zerreißt es, weil er dem Stern so nahe kommt, dass der Unterschied zwischen Anziehung zu- und abgewandter Seite groesser sind, als die Kräfte, die den Planeten zusammenhalten. Letzteres hängt von seiner Zusammensetzung ab.”

    Das zu beschreiben hatte ich mit dem Satz eigentlich vor, aber das ist mir dann wohl nicht geglückt. Ich hab das mit dem “viel Masse auf so kleinem Raum” erwähnt, um anzudeuten, dass die Gezeitenkräfte bei einem dichten Objekt stärker wirken können, weil man eben näher an die ganze Masse rankommt als bei nicht so komprimierten. Und ich hätte die Dichte des Planeten noch extra erwähnen sollen, da hast du recht. Ich hab mal probiert, es anders zu formulieren (ich hoffe, ich stehe heute nicht komplett auf der Leitung…)

  14. #14 UMa
    23. April 2015

    @Ludmila: Ok, danke für die Korrektur. Ich hatte nur noch den Dichtefaktor 2 in Erinnerung.

    Also nochmal (nach http://de.wikipedia.org/wiki/Roche-Grenze):
    Ob ein Planet vom Stern komplett verschluckt wird oder durch die Gezeitenkräfte zerstört wird, hängt vom Dichteverhältnis zwischen Planet und Stern ab. Ist die Dichte des Planeten hoch genug, liegt die Rochegrenze im Inneren des Sterns.
    Für einen ideal starren (kugelförmigen) Körper muss die Dichte des Planeten doppelt so hoch sein wie die Dichte des Sterns, damit er verschluckt werden kann. Für einen ideal flüssigen Körper dagegen muss der Planet eine 2,423^3=14,2 mal so hohe Dichte haben wie der Stern. Ansonsten wird er vorher durch die Gezeitenkräfte zerstört.
    Es könnte aber einen Unterschied machen, ob die Bahn des Planeten allmählich durch die Gezeitenwirkung abnimmt, oder ob ein fremder Planet auf direktem Kollisionskurs mit dem Stern ist. Im letzteren Fall könnte die Zeit zum zerreissen des Planeten knapp werden.

  15. […] Manchmal kann ein Zwerg ganz gross sein: Wenn es nämlich ein Weisser Zwerg ist, der so dicht gepackt ist, dass seine Masse einen Planeten mal eben auseinanderreissen kann. Gravitationskraft und so. Astrodicticum Simplex berichtet. […]