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HERSCHEL
Staubscheibe und Planeten um alternden Stern
von Stefan Deiters
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10. April 2013

Mithilfe des europäischen Infrarot-Weltraumteleskops Herschel ist es Astronomen erstmals gelungen, eine Staubscheibe um einen alternden Stern zu beobachten, um den zudem noch Planeten kreisen. Die rund 100 Lichtjahre entfernte Sonne entwickelt sich gerade zu einem Roten Riesen, die Planeten und eine Staubscheibe haben jedoch bis heute überlebt.

Kappa Coronae Borealis

Herschels Blick auf die Staubscheibe um Kappa Coronae Borealis. Der Stern selbst ist ausgeblendet. Bild: ESA / Bonsor et al. (2013)

Auch das vergleichsweise beschauliche nukleare Leben von sonnenähnlichen Sternen geht einmal zu Ende. Wenn der Wasserstoffvorrat in ihrem Inneren verbraucht ist, setzt sich die Fusion von Wasserstoff in Helium für eine bestimmte Zeit noch in Schalen rund um den Kern fort. Der Stern bläht sich dabei auf, wird zunächst zu einem Unterriesen und schließlich zu einem Roten Riesen.

Planeten, Asteroidengürtel und auch Bereiche mit Kometenkernen um solche alternden Sterne sollten, so die Theorie der Astronomen, zumindest die Unterriesen-Phase ihrer Sonne noch überstehen. Um diese These aber zu bestätigen, fehlten bislang entsprechende Beobachtungen, etwa von Staubscheiben um Unterriesen, die durch Kollisionen von Asteroiden oder Kometen entstanden sind.

Mithilfe des exzellenten Auflösungsvermögens des europäischen Infrarot-Weltraumteleskops Herschel ist es Astronomen nun gelungen, um den Stern Kappa Coronae Borealis im Sternbild Nördliche Krone eine solche Trümmerscheibe aufzuspüren. Der Stern hat eine Masse von etwa der 1,5-fachen Masse unserer Sonne, ist rund 2,5 Milliarden Jahre alt und etwa 100 Lichtjahre entfernt. Da Kappa Coronae Borealis massereicher als unsere Sonne ist, hat der Stern seinen nuklearen Brennstoff deutlich schneller verbraucht und entwickelt sich bereits zum Roten Riesen.

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Man weiß aus erdgebundenen Beobachtungen von Kappa Coronae Borealis, dass der Stern von einem Gasplaneten umkreist wird, der etwa die doppelte Masse von Jupiter hat und sich ungefähr in einem Abstand von seinem Stern befindet, der mit dem des Asteroidengürtels in unserem Sonnensystem vergleichbar ist. Außerdem vermutet man, dass es in dem System noch einen zweiten Planeten gibt, über dessen Masse aber noch nichts bekannt ist.

"Das ist der erste 'Stern im Ruhestand', den wir gefunden haben, der eine Staubscheibe und einen oder mehrere Planeten besitzt", freut sich Amy Bonsor vom Institute de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, die die Untersuchung leitete. "Die Staubscheibe hat die gesamte Lebenszeit des Sterns überdauert ohne zerstört zu werden. Das war in unserem Sonnensystem anders, wo der größte Teil der Trümmer während einer als 'Großes Bombardement' bezeichneten Phase rund 600 Millionen Jahre nach Entstehung der Sonne verschwunden ist."

Die Herschel-Beobachtungen rund um den Stern Kappa Coronae Borealis würden sich, so die Astronomen, durch drei alternative Modelle erklären lassen: So könnte es um den Stern nur eine einzige ausgedehnte Staubscheibe geben, die etwa in einer Entfernung von 20 Astronomischen Einheiten (AE) vom Stern beginnt und sich bis in 220 AE erstreckt. Eine Astronomische Einheit ist die mittlere Entfernung der Erde von der Sonne. Zum Vergleich: Der Kuipergürtel in unserem Sonnensystem erstreckt sich von ungefähr 30 bis 50 AE.

In diesem Szenario würde einer der Planeten in einem Abstand von mehr als sieben AE um Kappa Coronae Borealis kreisen und so den inneren Rand der Staubscheibe stabilisieren. Das zweite mögliche Szenario wandelt das erste Modell ab, indem hier beiden Planeten die Scheibe beeinflussen, was zu einem Maximum der Staubproduktion in einer Entfernung von 70 bis 80 AE vom Stern führt.

Ein drittes Modell geht schließlich von zwei schmaleren Staubgürteln aus, die in 40 und 165 AE Entfernung von Kappa Coronae Borealis liegen. Der äußere Planet könnte hier zwischen den beiden Staubbereichen um den Stern kreisen. Bei ihm könnte es sich zudem auch um ein deutlich massereicheres Objekt handeln, etwa um einen Braunen Zwerg.

"Das ist schon ein faszinierendes System: Gibt es einen oder sogar zwei Planeten, die eine ausgedehnte Scheibe begrenzen oder hat der Stern sogar einen Braunen Zwerg als Begleiter, der die Scheibe in zwei Teile teilt?", beschreibt Bonsor die Fragen, die die Forscher nun beschäftigen. Da es sich um das erste bekannte Beispiel dieser Art handelt, können die Astronomen derzeit noch nicht einmal sagen, ob Kappa Coronae Borealis nun besonders ungewöhnlich ist oder nicht. Es gibt aber schon Hinweise auf Staubscheiben um andere Unterriesen, so dass sich zumindest diese Frage bald klären lassen könnte.

Die Astronomen berichten über ihre Beobachtungen in diesem Monat in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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siehe auch
Herschel: Kometenkollisionen um Fomalhaut - 11. April 2012
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten 
Links im WWW
Herschel, Seiten der ESA
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