Rund 1.600 Lichtjahre von der Erde entfernt kreist Gas um einen ausgebrannten Sternrest – allerdings nicht in einer einzigen Scheibe wie bei allen vergleichbaren Systemen zuvor, sondern in zwei Ringen mit einer deutlichen Lücke dazwischen. Diese Doppelstruktur um den Weißen Zwerg J1328−1450 beschreibt ein Team um Nicola Pietro Gentile Fusillo von der Universität Triest und dem INAF-Observatorium Triest im Fachjournal Nature Astronomy (online seit 26. Oktober). Die Europäische Südsternwarte ESO hat die Beobachtungen mit ihrem Very Large Telescope (VLT) am 27. Oktober vorgestellt.

Als Erklärung schlagen die Forschenden zwei Planetenkörper vor, die den Tod ihres Sterns überstanden haben und die Ringe in Form halten. Gesehen hat diese Körper allerdings niemand. Ihre Existenz wird aus der Form und der Zusammensetzung des Gases erschlossen – es ist die naheliegendste Deutung, kein direkter Nachweis.

Weiße Zwerge als Endstation von Planetensystemen

Ein Weißer Zwerg ist der dichte, ausgebrannte Kern, der von einem sonnenähnlichen Stern übrig bleibt, wenn dessen Brennstoff verbraucht ist und er seine äußeren Hüllen abgestoßen hat. Dass Planetensysteme dieses Ende zumindest in Resten überstehen, ist seit Längerem bekannt: Viele Weiße Zwerge zeigen in ihrer Atmosphäre schwere Elemente, die nur von eingefallenem Gesteinsmaterial stammen können. Eine Studie von Detlev Koester, Boris Gänsicke und Jay Farihi kam 2014 zu dem Ergebnis, dass mindestens 27 Prozent der Weißen Zwerge mit einem Abkühlalter von 20 bis 200 Millionen Jahren gerade planetare Trümmer aufsammeln, möglicherweise sogar rund die Hälfte. Koester und Gänsicke gehören auch zum Team der neuen Arbeit.

Scheiben aus Gas, die solche Trümmer direkt verraten, sind dagegen selten. Vor J1328−1450 waren laut der Studie 21 Weiße Zwerge mit einer Gasscheibe bekannt. Die erste hatte die Gruppe um Gänsicke an der University of Warwick vor rund 20 Jahren gefunden. Einen Weißen Zwerg mit zwei getrennten Scheiben nennt Gänsicke in der Mitteilung seiner Universität eine echte Überraschung.

Vier Spitzen statt zwei: So wurden die Ringe nachgewiesen

Ein Foto der Ringe gibt es nicht. Das System ist viel zu klein und zu weit entfernt, um es mit einem Teleskop räumlich aufzulösen. Die Forschenden haben stattdessen das Licht des Gases mit dem Spektrografen X-shooter am VLT in der chilenischen Atacamawüste zerlegt. Gas leuchtet nur bei ganz bestimmten Wellenlängen, hier unter anderem von Kalzium, Sauerstoff, Magnesium und Eisen. Bewegt sich das Gas auf uns zu, verschiebt sich eine solche Linie ins Blaue, bewegt es sich von uns weg, ins Rote.

Eine rotierende Scheibe erzeugt deshalb ein typisches Muster mit zwei Spitzen: eine von der Seite, die auf uns zukommt, eine von der Seite, die sich entfernt. Je schneller das Gas umläuft, desto weiter liegen die Spitzen auseinander. Alle 21 bisher bekannten Gasscheiben zeigen genau dieses Doppelprofil. Bei J1328−1450 haben die Linien dagegen vier Spitzen. Das passt zu zwei ineinanderliegenden Ringen mit unterschiedlicher Umlaufgeschwindigkeit: Der äußere läuft langsamer, seine beiden Spitzen liegen näher beieinander.

Aus den Geschwindigkeiten ergeben sich die Abmessungen. Der innere Ring reicht nach Angaben der Autoren von etwa 0,14 bis 0,34 Sonnenradien, also von rund 100.000 bis 240.000 Kilometern Abstand zum Weißen Zwerg. Der äußere Ring beginnt bei etwa 0,54 Sonnenradien, rund 375.000 Kilometern, und reicht bis knapp 1,93 Sonnenradien, mehr als 1,3 Millionen Kilometer. Zum Vergleich: Der Mond ist im Mittel gut 384.000 Kilometer von der Erde entfernt. Die gesamte Struktur ist also winzig im Vergleich zu einem Planetensystem. Laut der University of Warwick blieb sie in wiederholten Messungen von 2021 bis 2023 stabil, also über mehr als zwei Jahre.

Illustration: Ein heller Weißer Zwerg, umgeben von einem inneren und einem äußeren Trümmerring mit dunkler Lücke dazwischen; in den Ringen sind zwei kleine Körper angedeutet

Illustration: So könnten die beiden Ringe um J1328−1450 aussehen. Die zwei Körper in den Ringen sind vermutet, nicht beobachtet. Bild: Fortuna und Gentile Fusillo / ESO, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Zwei Planetenkörper als Erklärung – vermutet, nicht gesehen

Was hält die beiden Ringe getrennt? Die Forschenden schlagen zwei Planetesimale vor, also kleine Planetenbausteine, die den Tod ihres Sterns überlebt haben und jeweils in einem der Ringe kreisen. Indem sie mit Staubkörnern in der Scheibe zusammenstoßen, setzen sie Gas frei – so die Vorstellung. Der innere Körper wäre nach den Abschätzungen des Teams nur wenige Kilometer groß und damit etwa so groß wie ein typischer Asteroid. Der äußere könnte die Größe von Pluto oder sogar die des Erdmonds erreichen.

Gentile Fusillo betont in der Warwick-Mitteilung selbst, dass die beiden Körper nicht direkt zu sehen sind. Auf ihre Existenz schließt das Team aus der Form und der Zusammensetzung des Gases. Auch die ESO formuliert vorsichtig: Die Scheibe scheine von zwei Körpern geformt zu werden, die Doppelstruktur werde wahrscheinlich durch sie aufrechterhalten. Eine zusätzliche Hürde für die Deutung beschreibt Universe Today unter Berufung auf die Studie: So nah am Weißen Zwerg würden Gezeitenkräfte einen lockeren Schutthaufen zerreißen. Überlebende Körper müssten deshalb eine gewisse innere Festigkeit besitzen.

Ein weiteres Detail stützt die Idee zweier getrennter Quellen. Im inneren Ring ist reichlich gasförmiges Magnesium zu finden, im äußeren kaum. Das könnte bedeuten, dass das Material von zwei Planeten mit unterschiedlicher Zusammensetzung stammt. Ebenso denkbar ist laut ESO, dass es aus verschiedenen Schichten eines einzigen Körpers kommt, etwa aus Kruste und Kern. Insgesamt ähnelt die gefundene Mischung aus Kalzium, Sauerstoff, Magnesium und Eisen dem Gesteinsmaterial in unserem Sonnensystem.

Die Autoren schreiben, eine stabile Doppelscheibe stelle die gängigen Modelle zur Entstehung und Entwicklung solcher Trümmerscheiben vor eine neue Herausforderung. Wie verbreitet solche Strukturen sind, lässt sich mit einem einzigen Fall nicht sagen.

Ein Blick in die ferne Zukunft des Sonnensystems

Die ESO stellt den Fund ausdrücklich in Bezug zu unserem eigenen Sonnensystem, denn auch die Sonne wird einmal zum Weißen Zwerg. Vorher bläht sie sich zum Roten Riesen auf und verliert dabei einen großen Teil ihrer Masse. Wie es der Erde dabei ergeht, haben die Astronomen K.-P. Schröder und Robert Connon Smith 2008 im Fachjournal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society durchgerechnet. Ihr Ergebnis: Zwar weitet sich die Erdbahn aus, weil die Sonne an Masse verliert, doch das reicht nicht. Auf dem Höhepunkt der Riesenphase, nach ihrem Modell in rund 7,6 Milliarden Jahren, wird die Erde voraussichtlich verschluckt. Überleben würde nach dieser Rechnung nur ein Planet, der heute mindestens etwa 1,15 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt kreist. Merkur und Venus trifft dieses Schicksal nach der Rechnung schon etwas früher.

Weiter draußen sieht es anders aus. 2021 berichtete ein Team um Joshua Blackman in Nature von einem Planeten mit rund der 1,4-fachen Jupitermasse, der einen Weißen Zwerg umkreist. Die Autoren werteten das als Hinweis, dass Gasriesen wie Jupiter und Saturn die Riesenphase der Sonne überstehen könnten – eine Schlussfolgerung aus einem einzelnen System, keine Gewissheit.

J1328−1450 liefert ein weiteres Puzzlestück, wie Planetensysteme nach dem Tod ihres Sterns aussehen können: Trümmer, Gas und womöglich einzelne Körper, die überdauern. Bis die Sonne so weit ist, vergehen allerdings noch Milliarden Jahre.

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