Extrasolare Planeten: Planeten verschmutzen ihre Sonne

mac

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Hallo Bynaus und Komet,

komet007 schrieb:
aber im Artikel geht es darum, dass die Photosphäre scheinbar erst später mit den Elementen der Protoplanetaren Scheiben "verschmutzt" wurde.
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Eben genau das leuchtet mir auch so überhaupt nicht ein (ich war nur argumentationstechnisch noch nicht so weit)

Wenn das wirklich so ist (mit der Photosphäre), dann hat das ja außerordentliche Konsequenzen auf die Zusammensetzung von Materie im Universum.

Geht man neuerdings davon aus, dass die Photosphäre eine Schicht darstellt, in der die schwereren Elemente in einem weit überproportional hohen Anteil vorkommen, dann gibt es gravierende Probleme mit der Erklärung der Zusammensetzung der interstellaren Materie, mit der Sternbildungsrate, der Altersverteilung der Sterne, der IMF, der SN/(Zeit und Sternenmasse) der Effektivität der Materieverteilung durch SN, dem Anteil Baryonischer Materie/DM und wahrscheinlich hab’ ich noch nicht mal einen Bruchteil aller daraus resultierender Probleme erkannt. Und das in einem Ausmaß, daß etliche Größenordnungen umfaßt.

Herzliche Grüße

MAC
 
Bynaus

Bynaus

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An Jonas: Die Sonne verliert durch Protuberanzen und Sonnenwind nur sehr wenig Masse, etwa 3.5e16 kg pro Jahr (Totale Masse: 2e30). Das sind etwa 0.00000006 Erdmassen pro Jahr, oder etwas unter einer Erdmasse in ihrem ganzen Leben. Der protoplanetare Nebel war aber sehr viel massiver: unter Umständen hatte er bis zu 10 Prozent der Sonnenmasse, oder 30000 Erdmassen, davon etwa 1-2% schwere Elemente, also rund 300 bis 600 Erdmassen. Der Vorrat an schweren Elementen wäre also nicht einmal dann aufgebraucht, wenn die Sonne bei Protuberanzen einzig schwere Elemente auswerfen würde!

An mac: Eine kleine Korrektur: Es gibt das "Rauspusten" natürlich schon (sichtbar z.B. an Kometenschweifen), bloss, es spielt, wenn es um die Frage der Auflösung des protoplanetaren Nebels geht, keine Rolle. Auspusten funktioniert nämlich so: der Sonnenwind oder das UV-Licht der Sonne ionisieren Teilchen, diese werden dann vom Sonnenwind mitgerissen und in den interstellaren Raum verfrachtet (siehe Kometenschweif). Da die Sonne im UV nicht sehr hell ist, spielt das keine grosse Rolle (die Ionisation ist nicht sehr effizient und der Sonnenwind nicht besonders stark). Bei Sternhaufen, die Monster-Sterne vom Typ O und B enthalten, die im UV Bereich am hellsten sind und extrem starke Sternwinde aufweisen, spielt die Ionisation des Nebels und damit das "Wegpusten" eine grosse Rolle. Bei der Atmosphäre des Mars wiederum ist es wieder eine Frage der Grössenordnung: Die Marsatmosphäre, das ist so extrem wenig Material (verglichen mit dem protoplanetaren Nebel), dass das "Wegpusten" hier über die gegebenen Jahrmilliarden eben doch eine Rolle spielen kann. Der protoplanetare Nebel, das war Millionenfach mehr Material als dieses winzige Marsatmosphärchen... ;)

Nun gestehst Du den (kleineren) Planetesimalen nicht zu, daß sie den Wasserstoff ihrer Umgebung halten können, obwohl ihre Gravitation in weitem Umkreis viel höher ist, als die Sonnengravitation im Abstand der jeweiligen Planetenbahn. Trotzdem fängt die Sonne den Wasserstoff, den die Planeten nicht halten können?
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Ob ein Planet(esimal) einen bestimmten Stoff in der Atmosphäre halten kann, hängt von der Temperatur dieser Atmosphäre und der Fluchtgeschwindigkeit ab. Die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne auf der Höhe der Erde beträgt etwa 42 km/s. Die Fluchtgeschwindigkeit von der Erde beträgt aber 11 km/s, vom Mond 2.6 km/s. Wo ist das Problem? :)

Wie kann die Sonne den inneren Planeten den Wasserstoff entreißen und ihn anschließen auch noch zu sich ranholen?
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Sie muss ihn den Planeten gar nicht entreissen, denn diese konnten ihn noch gar nie an sich binden. Es reicht, dass der grösste Teil des Gases durch die Strahlung in seinem Umlauf um die Sonne gebremst wird und damit unweigerlich auf die Sonne fällt.

Und ihr habt natürlich recht, dass die eigentliche "Photosphäre" der Sonne zu klein ist für die Capuccino-Analogie - die Photosphäre ist aber einfach die Schicht der Sonne, aus der uns die Photonen erreichen (nachdem sie sich einen langen, langen Weg durch das Sonnenplasma nach aussen gekämpft haben). Die Bezeichnung "Photosphäre" ist also eher operativ, es ist, von der Zusammensetzung her gesehen, keine besondere "Schicht" der Sonne. Das heisst, dass sich die Metallanreicherung eben nicht auf die "Photosphäre" an sich beschränkt, wohl aber auf die obersten Schichten der Sonne, zu der auch die Photosphäre zählt. Ich müsste mich jetzt aber kundig machen, um den genauen Bereich der "Anreicherung", die hier gemeint ist, ausfindig zu machen.

Meine Frage war nun, wie man sich da so sicher sein kann, dass nicht auch das Innere der Sonne aus den selben Elementen besteht.
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Lass mich kurz rückfragen: du meinst hier mit "Sonne" eigentlich "Stern"?
 
Toni

Toni

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Rechen- oder Denkfehler!

Hallo Bynaus,

in Deinen Angaben über den Verlust an Sonnenmasse steckt leider ein schwerwiegender :rolleyes: Fehler.
Bynaus schrieb:
An Jonas: Die Sonne verliert durch Protuberanzen und Sonnenwind nur sehr wenig Masse, etwa 3.5e16 kg pro Jahr (Totale Masse: 2e30). Das sind etwa 0.00000006 Erdmassen pro Jahr, oder etwas unter einer Erdmasse in ihrem ganzen Leben.
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3,6*10^16 kg/a multipliziert mit nur einmal der Anzahl des bisher verstrichenen Alters der Sonne von (grob veranschlagt) 4,5*10^9 a ergibt bei mir 15,75*10^25 kg in 4,5 Mrd. Jahren. Die Erdmasse beträgt 5,974*10^24 kg. Ergo verlor die Sonne bisher 26,364 Erdmassen - und das, wie gesagt, noch nicht einmal in ihrem gesamten Leben!

Berichtigende Grüße von
Toni
 
mac

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Hallo Bynaus

Bynaus schrieb:
An Jonas: Die Sonne verliert durch Protuberanzen und Sonnenwind nur sehr wenig Masse, etwa 3.5e16 kg pro Jahr (Totale Masse: 2e30). Das sind etwa 0.00000006 Erdmassen pro Jahr, oder etwas unter einer Erdmasse in ihrem ganzen Leben.
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hier liegst Du rund ums 25 fache unter der Aussage aus Wiki (Sonnensystem/Sonne)?


Bynaus schrieb:
Der protoplanetare Nebel war aber sehr viel massiver: unter Umständen hatte er bis zu 10 Prozent der Sonnenmasse, oder 30000 Erdmassen, davon etwa 1-2% schwere Elemente, also rund 300 bis 600 Erdmassen. Der Vorrat an schweren Elementen wäre also nicht einmal dann aufgebraucht, wenn die Sonne bei Protuberanzen einzig schwere Elemente auswerfen würde!
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Davon war auch nie die Rede. Die Aussage im Artikel war ganz anders: Ein roter Riese hat im Vergleich zu ähnlich alten Hauptreihensternen sehr viel weniger Metalle, weil sein Wasserstoff im Riesenzustand diese Metalle der Photosphäre durch unbehinderte Konvektion ganz und gar verdünnt. Es findet eine Durchmischung statt, die den ‚Zuckerguss’ sozusagen in der viel größeren Masse Wasserstoff und Helium auflöst.

Bynaus schrieb:
...Bei Sternhaufen, die Monster-Sterne vom Typ O und B enthalten, die im UV Bereich am hellsten sind und extrem starke Sternwinde aufweisen, spielt die Ionisation des Nebels und damit das "Wegpusten" eine grosse Rolle.
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ja sehe ich auch so. Eine Frage der übertragbaren Energie. Legt man die Masse/Leuchtkraft Beziehung L=M^4 zu Grunde, dann braucht man einen Stern von 100 Sonnenmassen, um in einer Entfernung von 1 Lichtjahr den gleichen ‚Strahlungsdruck’ zu erzeugen, wie die Sonne in 5AE. Nun sind diese 100 M0 Sterne aber auch nicht unbedingt die Regel in offenen Sternhaufen. Dein Gegenargument überzeugt mich daher noch nicht wirklich.

Bynaus schrieb:
Bei der Atmosphäre des Mars wiederum ist es wieder eine Frage der Grössenordnung: Die Marsatmosphäre, das ist so extrem wenig Material (verglichen mit dem protoplanetaren Nebel), dass das "Wegpusten" hier über die gegebenen Jahrmilliarden eben doch eine Rolle spielen kann. Der protoplanetare Nebel, das war Millionenfach mehr Material als dieses winzige Marsatmosphärchen... ;)
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hm. Die Dichte der Marsatmosphäre ist um sehr viele Größenordnungen höher, als die Dichte selbst des dichtesten protoplanetaren Nebels. Und die Sonne strahlt nicht nur auf die extrem winzige Fläche des Mars.



Bynaus schrieb:
Ob ein Planet(esimal) einen bestimmten Stoff in der Atmosphäre halten kann, hängt von der Temperatur dieser Atmosphäre und der Fluchtgeschwindigkeit ab. Die Fluchtgeschwindigkeit von der Sonne auf der Höhe der Erde beträgt etwa 42 km/s. Die Fluchtgeschwindigkeit von der Erde beträgt aber 11 km/s, vom Mond 2.6 km/s. Wo ist das Problem? :)
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nun wenn Du an dieser Stelle anfängst zu rechnen, dann liegt das Problem im Wesentlichen darin, diese 42 km/s wieder loszuwerden, bevor das nächste Photon erneut ‚Dampf macht’.



Bynaus schrieb:
Sie muss ihn den Planeten gar nicht entreissen, denn diese konnten ihn noch gar nie an sich binden. Es reicht, dass der grösste Teil des Gases durch die Strahlung in seinem Umlauf um die Sonne gebremst wird und damit unweigerlich auf die Sonne fällt.
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mit diesem Argument bestreitest Du in meinem Verständnis die Existenz von Planeten. Wenn sie überhaupt entstehen können, dann müssen sie Material akkretieren, dass in etwa das gleiche Mischungsverhältnis hat, wie die Protoplanetare Scheibe ihrer Umlaufbahn. Wenn das nicht der Fall ist, dann muß es einen Selektionsmechanismus geben.

Bynaus schrieb:
... Ich müsste mich jetzt aber kundig machen, um den genauen Bereich der "Anreicherung", die hier gemeint ist, ausfindig zu machen.
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das (die Struktur der Photosphäre) hab’ ich in der Wiki-Beschreibung anders verstanden. Da ist sie rund 300 km dick.



Bynaus schrieb:
Lass mich kurz rückfragen: du meinst hier mit "Sonne" eigentlich "Stern"?
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ohne wirkliche Trennung zwischen den beiden Begriffen.

Herzliche Grüße

MAC
 
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galileo2609

galileo2609

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Das paper von Pasquini et al. scheint das Potential zu haben, das anstehende Sommerloch interessant werden zu lassen. Wie ich schon gepostet habe, entzündet sich anhand dieser Hypothese der 'Streit' in den konkurrierenden Schulen der Planetenbildungstheorien aufs Neue. Gut abzulesen ist das Köcheln im von Bynaus zuerst verlinkten 'Systemic-Blog': planeticity vs. metallicity. Eine ebenfalls skeptische Betrachtung wurde heute im Blog von 'Centauri Dreams' formuliert: Planetary Debris and Its Effects.

Dass ausgerechnet Hatzes die Pasquini-These stützt ist nicht ungewöhnlich. Bei den Tautenburgern herrscht auch die These vor, dass sich die 'Hot Jupiters' entgegen der Migrationshypothese 'in situ', also nahe an ihrem Heimatstern gebildet haben. Hier prallen noch einmal die theoretischen Abklärungen der Vertreter des 'core accretion'-Modells mit denen des 'gravitational instability'-Modells aufeinander. Im Original nachzulesen im 'Letter'-Artikel Giant planet seeks nursery place von Hatzes und Wuchterl, anlässlich der Entdeckung des Planeten bei dem Dreifachsternsystem HD 188753. Ein Planet, der z. Zt. übrigens von den Schweizer Planetenjägern als 'not existent' klassifiziert ist.

Grüsse galileo2609
 
Bynaus

Bynaus

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hier liegst Du rund ums 25 fache unter der Aussage aus Wiki (Sonnensystem/Sonne)?
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Toni hat recht, ich hab mich da irgendwo verrechnet. Trotzdem bleibt meine Aussage, die ich damit machen wollte, bestehen: 1-2% von diesen 26 Erdmassen (also etwa 0.4 Erdmassen) an verlorenem Material liegen als schwere Elemente vor - das ist sehr viel weniger Material als die Sonne aus der protoplanetaren Nebel durch Akkretion gesammelt hat. Was ich damit eigentlich sagen will: WENN es so wäre, dass die Metallizität aus der protoplanetaren Scheibe kommt, DANN scheitert diese Hypothese sicher nicht daran, dass das Material längst durch Sonnenwind/Protuberanzen "herausgeweht" worden wäre.

Es kann natürlich aber auch sein, dass diese Hypothese falsch ist, und diese Sterne bis hinunter zum Kern diese Metallizität aufweisen... (das denke ich auch). Vielleicht habt ihr mich falsch verstanden: ich will nicht die "Verschmutzungs-Hypothese" stützen, ich will bloss sagen, dass die Hypothese nicht daran scheitert, dass die Metalle wieder rausgeweht werden müssen. Sie scheitert an anderen Dingen!

Nun sind diese 100 M0 Sterne aber auch nicht unbedingt die Regel in offenen Sternhaufen. Dein Gegenargument überzeugt mich daher noch nicht wirklich.
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Der relative Anteil der ionisierenden UV-Strahlung ist sehr viel höher. L ist die Gesamtstrahlung. Ein massiver Stern strahlt aber sehr viel heller in UV und kann deshalb auch noch über sehr viel grössere Distanzen ionisierend wirken.

Die Dichte der Marsatmosphäre ist um sehr viele Größenordnungen höher, als die Dichte selbst des dichtesten protoplanetaren Nebels. Und die Sonne strahlt nicht nur auf die extrem winzige Fläche des Mars.
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Es geht nicht um die Dichte, sondern um die totale Masse. Der Sonnenwind hat natürlich auch einen winzigen Teil des protoplanetaren Nebels rausgepustet, aber eben nur ein Teil, der in seiner Masse mit der Marsatmosphäre (ganz grob) vergleichbar ist. Das ist aber vernachlässigbar gegenüber der Gesamtmasse des protoplanetaren Nebels und spielt damit eben einfach keine Rolle.

nun wenn Du an dieser Stelle anfängst zu rechnen, dann liegt das Problem im Wesentlichen darin, diese 42 km/s wieder loszuwerden, bevor das nächste Photon erneut ‚Dampf macht’
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Photonen allein machen nicht "Dampf". Photonen können eine vorhandene Atmosphäre wärmen, womit sich die mittlere Teilchengeschwindigkeit erhöht, womit sich die Anzahl der Teilchen erhöht, die Fluchtgeschwindigkeit gegenüber dem Planetesimal erreichen. Im Weltraum jedoch wird das Gas früher oder später mit der Sonne kollidieren.

mit diesem Argument bestreitest Du in meinem Verständnis die Existenz von Planeten.
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Das stimmt ja auch - fast. ;)

Wenn sie überhaupt entstehen können, dann müssen sie Material akkretieren, dass in etwa das gleiche Mischungsverhältnis hat, wie die Protoplanetare Scheibe ihrer Umlaufbahn. Wenn das nicht der Fall ist, dann muß es einen Selektionsmechanismus geben.
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Natürlich gibt es einen Selektionsmechanismus: Volatilität.

das (die Struktur der Photosphäre) hab’ ich in der Wiki-Beschreibung anders verstanden. Da ist sie rund 300 km dick.
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Ja. Stimmt auch. Bloss, die "Verschmutzung" geht wohl tiefer als die Photosphäre. Vermutlich umfasst sie die gesamte Konvektionszone (aber eben nicht die Strahlungszone). Ich mir da aber nicht ganz sicher, deshalb der Hinweis, ich müsste mich da kundig machen.

ohne wirkliche Trennung zwischen den beiden Begriffen.
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Es geht hier bloss darum, ob er sich auf unsere Sonne bezieht oder ob er sich auf die Sterne in der neuen Studie bezieht.

Vielleicht sollten wir die verschiedenen Diskussionsstränge mal teilen - langsam verliere ich die Uebersicht.
 
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mac

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Hallo,

kurzes Zwischenstatement.

Vielen Dank Galileo, für die Links. (Nature geht leider für mich nicht) aber in dem Link von http://oklo.org/?p=229 ist eine interessante Graphik. Ich meine die Gegenüberstellung der Hauptreihensterne und der Riesen, normiert auf die Metallizität.

Beim Anblick der Graphik hatte ich schon einige Absätze Text mit einer Erklärung, warum hier eine statistisch kaum zu haltende Aussage gemacht wurde aufgeschrieben, dann aber beim Weiterlesen gesehen, dass auf diese Idee auch der Autor dieses Links schon gekommen war:

The paucity of planets around high-metallicity giants probably stems in part from small number statistics and from the fact that there are very few super-metal-rich giants in the survey. Note that the histograms plot the distributions in metallicity for planet-bearing stars, and not the fraction of planet-bearing stars in a complete sample as a function of metallicity Although a detailed Monte-Carlo experiment is definitely in order, I think that Pasquini et al.’s result will end up being fully in line with the expectations of the core-accretion theory.
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Schaut Euch die Graphik an. Fragt Euch, wieso es so wenig rote Riesen gibt, die eine hohe Metallizität haben und was das für einen Einfluß auf die hier dargestellte Verteilung haben kann.

Solange es nur so wenig Daten in dieser Gruppe gibt, wäre ich mit der gegebenen Interpretation auch vorsichtiger.

Herzliche Grüße

MAC

Ps. Das berührt unsere Diskussion (oder besser mein Dazulernen) Bynaus, aber nur am Rande. ;)
 
mac

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Hallo komet,

komet007 schrieb:
Das hatte ich bereits mit Beitrag #4 getan. Grafik;)
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ja, das was Du in Beitrag #4 geschrieben hast, bestreite ich nicht. Es hat jedoch mit dem was ich hier anspreche, nichts zu tun.

Ich meine, daß es einfach viel zu wenig rote Riesen mit hoher Metallizität gibt. Und das hat etwas mit IMF, Entstehungszeitpunkt, Sternengröße und Lebensdauer zu tun.

Herzliche Grüße

MAC
 
mac

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Hallo Bynaus,

leider hab’ ich einen ganzen Teil meiner nächsten Antwort vergessen mit nach Hause zu nehmen. Kommt also erst Morgen.

Aber schon mal vorab ein Teil. Mit L ist die Leuchtkraft gemeint, und die meint nicht nur sichtbares Licht, sondern die gesamte abgestrahlte (Photonen)Energie. Da steckt nach meinem Verständnis also die Wirkung der wienschen Verschiebung schon drin.

Herzliche Grüße

MAC
 
Bynaus

Bynaus

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Mit L ist die Leuchtkraft gemeint, und die meint nicht nur sichtbares Licht, sondern die gesamte abgestrahlte (Photonen)Energie. Da steckt nach meinem Verständnis also die Wirkung der wienschen Verschiebung schon drin.
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L ist quasi das Integral über das ganze Spektrum. Aber nehmen wir z.B. einen Stern, der im optischen 100 mal heller ist als die Sonne (nur als Beispiel). Das heisst eben nicht, dass er auch im UV 100 mal heller ist - denn da ein solcher Stern auch sehr viel heisser ist, ist er im UV sicher mehr als 100 mal heller als die Sonne. Deshalb kannst du nicht einfach die Gesammthelligkeit L nehmen, um den "Ionisationsradius" des Sterns zu berechnen (höchstens als ganz grobe Näherung). Du müsstest berechnen, wie hell ein Stern, in Abhängigkeit von seiner Masse, im UV-Bereich ist, und dann diesen Wert mit dem Ionisationsradius der Sonne vergleichen.
 
M

Michael Johne

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