Forscher entdecken Wasser in den Überresten eines Asteroiden im Orbit um einen Weißen Zwerg

Künstlerische Darstellung eines wasserreichen Asteroiden, der von der starken Gravitation des Weißen Zwergs GD 61 auseinandergerissen wird. Ähnliche Objekte brachten in unserem Sonnensystem das Wasser auf die Erde und dienten als Bausteine für terrestrische Planeten. (Image copyright Mark A. Garlick, space-art.co.uk, University of Warwick and University of Cambridge)
Künstlerische Darstellung eines wasserreichen Asteroiden, der von der starken Gravitation des Weißen Zwergs GD 61 auseinandergerissen wird. Ähnliche Objekte brachten in unserem Sonnensystem das Wasser auf die Erde und dienten als Bausteine für terrestrische Planeten. (Image copyright Mark A. Garlick, space-art.co.uk, University of Warwick and University of Cambridge)

Astrophysiker haben den ersten Beleg für einen wasserreichen planetaren Gesteinskörper außerhalb unseres Sonnensystems gefunden. Seine zerschmetterten Überreste umkreisen einen Weißen Zwerg. Eine neue Studie von Wissenschaftlern der Universitäten von Warwick und Cambridge wurde im Journal Science veröffentlicht und analysiert den Staub und die Trümmer, die den 170 Lichtjahre entfernten Weißen Zwerg GD 61 umgeben.

Mit Beobachtungen des Hubble Space Telescope und den großen Teleskopen des W.M. Keck Observatory fanden sie ein Übermaß an Sauerstoff – eine chemische Signatur, die darauf hindeutet, dass die Trümmer einst Teile eines größeren Körpers waren, der ursprünglich aus etwa 26 Massenprozent Wasser bestand. Im Gegensatz dazu bestehen nur rund 0,023 Prozent der Erdmasse aus Wasser.

Hinweise auf Wasser außerhalb unseres Sonnensystems wurden bisher in den Atmosphären von Gasriesen gefunden, aber diese Studie beschreibt den ersten Fall, wo es in einem Gesteinskörper lokalisiert wurde. Das macht es besonders wichtig für unser Wissen über die Entstehung und Entwicklung habitabler Planeten und Leben. Wir wissen, dass der Zwergplanet Ceres in unserem Sonnensystem Eis unter einer äußeren Kruste enthält, und die Forscher ziehen eine Parallele zwischen den beiden Körpern. Wissenschaftler glauben, dass Himmelskörper wie Ceres die Quelle für den Großteil unseres eigenen Wassers auf der Erde waren.

Den Forschern zufolge ist es sehr wahrscheinlich, dass das um den Weißen Zwerg GD 61 registrierte Wasser von einem mindestens 90 Kilometer großen (aber möglicherweise noch viel größeren) planetaren Körper stammt, der einst den Zentralstern umkreiste, bevor dieser zu einem Weißen Zwerg wurde. Wie bei Ceres lag das Wasser höchstwahrscheinlich in der Form von Eis unter der Oberfläche des Planeten vor. Aus der Menge des Gesteins und des Wassers, welches in der äußeren Hülle des Weißen Zwergs registriert wurde, schließen die Forscher, dass der zerstörte planetare Körper einen Durchmesser von mindestens 90 Kilometern hatte.

Weil die Beobachtungen nur registrieren können, was in jüngerer Vergangenheit angesammelt wurde, ist die Schätzung seiner Masse eher zurückhaltend. Es ist wahrscheinlich, dass das Objekt so groß wie Vesta war, der zweitgrößte Asteroid in unserem Sonnensystem. In seinem früheren Leben war GD 61 ein Stern, der etwas größer als unsere Sonne war, und Heimat für ein Planetensystem.

Vor 200 Millionen Jahren trat GD 61 in seinen Todeskampf ein und wurde ein Weißer Zwerg, aber Teile seines Planetensystems überlebten. Der wasserreiche Asteroid wurde aus seiner normalen Umlaufbahn geschleudert und fiel in einen sehr engen Orbit, wo er durch die Gravitationskraft des Sterns zerstört wurde. Die Forscher vermuten, dass die Destabilisierung der Umlaufbahn des Asteroiden einen bislang unbeobachteten, größeren Planeten um den Weißen Zwerg erforderlich macht.

Professor Boris Gänsicke vom Department of Physics an der University of Warwick sagte: “In diesem Stadium seiner Existenz blieben von dem Gesteinskörper nur Staub und Trümmer übrig, die von seinem sterbenden Zentralstern angezogen wurden. Dieser planetare Friedhof, der um die glühenden Reste seines Zentralsterns kreist, ist allerdings eine reichhaltige Quelle für Informationen über seine frühere Existenz. In diesen Überresten befinden sich chemische Anhaltspunkte, die auf eine frühere Existenz als wasserreicher, terrestrischer Körper hinweisen. Diese zwei Zutaten – eine Gesteinsoberfläche und Wasser – sind ein Schlüssel bei der Jagd nach habitablen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Deswegen ist es sehr aufregend, sie erstmals gemeinsam außerhalb unseres Sonnensystems zu finden.”

Der leitende Autor Jay Farihi vom Institute of Astronomy der University of Cambridge sagte: “Der Nachweis von Wasser in einem großen Asteroiden bedeutet, dass in dem System GD 61 die Bausteine für habitable Planeten existierten und möglicherweise immer noch existieren. Das gilt wahrscheinlich auch für eine bedeutende Anzahl vergleichbarer Zentralsterne.”

“Diese wasserreichen Bausteine und die terrestrischen Planeten, die sie bilden, könnten in der Tat weit verbreitet sein. Ein System kann keine Körper von Asteroidengröße erschaffen und [dann] die Bildung von Planeten verhindern und GD 61 hatte die Bestandteile, um viel Wasser auf ihre Oberflächen abzugeben”, sagte Fahiri. “Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass es in diesem Exoplanetensystem definitiv Potenzial für habitable Planeten gab.”

Für ihre Analyse nutzten die Forscher Ultraviolett-Spektroskopiedaten des Weißen Zwergs GD 61, die mit dem Cosmic Origins Spectrograph an Bord des Hubble Space Telescope erfasst wurden. Weil die Erdatmosphäre das ultraviolette Licht blockiert, können solche Untersuchungen nur im Weltraum durchgeführt werden. Weitere Beobachtungen wurden mit den beiden 10-Meter-Teleskopen des W.M. Keck Observatory auf dem Gipfel des Mauna Kea (Hawaii) gemacht.

Die Daten des Hubble-Teleskops und der Keck-Teleskope erlaubten den Wissenschaftlern, die verschiedenen chemischen Elemente zu identifizieren, welche die äußeren Schichten des Weißen Zwergs verunreinigen. Mit einem komplexen Computermodell über die Atmosphäre des Weißen Zwergs, das von Detlev Koester von der Universität Kiel entwickelt wurde, konnten sie die chemische Zusammensetzung des zerstörten Asteroiden ableiten.

Bislang hat man zwölf zerstörte Exoplaneten um Weiße Zwerge beobachtet, aber dies ist das erste Mal, das die Signatur von Wasser entdeckt wurde.

Quelle: http://www2.warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/water_discovered_in/

(THK)

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