Metallische Sterne liefern Planeten

Bildnachweis: NASA

Eine Untersuchung der Sterne in unserer Nachbarschaft hat ergeben, dass diejenigen, die reich an Metallen wie Eisen und Titan sind, fünfmal häufiger von Planeten umkreist werden. Debra Fisher von der University of California in Berkley sagt: „Wenn man sich die metallreichen Sterne ansieht, haben 20 Prozent Planeten. Das ist atemberaubend. " (beigetragen von Darren Osborne)

Ein Vergleich von 754 nahe gelegenen Sternen wie unserer Sonne – einige mit Planeten und einige ohne – zeigt definitiv, dass je mehr Eisen und andere Metalle sich in einem Stern befinden, desto größer ist die Chance, dass er einen Begleitplaneten hat.

"Astronomen haben gesagt, dass nur 5 Prozent der Sterne Planeten haben, aber das ist keine sehr genaue Einschätzung", sagte Debra Fischer, eine Forschungsastronomin an der University of California in Berkeley. „Wir wissen jetzt, dass Sterne, die reich an Schwermetallen sind, fünfmal häufiger umlaufende Planeten beherbergen als Sterne, denen es an Metallen mangelt. Wenn Sie sich die metallreichen Sterne ansehen, haben 20 Prozent Planeten. Das ist atemberaubend. "

"Die Metalle sind die Samen, aus denen sich Planeten bilden", fügte Kollege Jeff Valenti hinzu, ein Assistent des Astronomen am Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Md.

Fischer wird um 13:30 Uhr Einzelheiten der Analyse von ihr und Valenti präsentieren. Australian Eastern Standard Time (AEST) am Montag, 21. Juli, beim Treffen der International Astronomical Union in Sydney, Australien.

Eisen und andere Elemente, die schwerer als Helium sind – was Astronomen als „Metalle“ zusammenfassen – werden durch Fusionsreaktionen innerhalb von Sternen erzeugt und durch spektakuläre Supernova-Explosionen in das interstellare Medium gesät. Während Metalle in der frühen Geschichte der Milchstraße äußerst selten waren, wurde im Laufe der Zeit jede nachfolgende Generation von Sternen reicher an diesen Elementen, was die Chancen auf die Bildung eines Planeten erhöhte.

"Sterne, die sich heute bilden, haben viel häufiger Planeten als frühe Generationen von Sternen", sagte Valenti. "Es ist ein planetarischer Babyboom."

Da die Zahl der extrasolaren Planeten gestiegen ist – etwa 100 Sterne haben inzwischen Planeten -, haben Astronomen festgestellt, dass metallreiche Sterne eher Planeten beherbergen. Eine Korrelation zwischen der „Metallizität“ eines Sterns – ein Maß für die Eisenhäufigkeit in der äußeren Schicht eines Sterns, das auf die Häufigkeit vieler anderer Elemente von Nickel bis Silizium hinweist – wurde zuvor von den Astronomen Guillermo Gonzalez und Nuno Santos auf der Grundlage von Untersuchungen von vorgeschlagen ein paar Dutzend planetentragende Sterne.

Die neue Untersuchung der Metallhäufigkeit von Fischer und Valenti ist die erste, die eine statistisch große Stichprobe von 61 Sternen mit Planeten und 693 Sternen ohne Planeten abdeckt. Ihre Analyse liefert die Zahlen, die eine Korrelation zwischen Metallreichtum und Planetenbildung belegen.

"Die Menschen haben die meisten Sterne mit bekannten Planeten bereits ziemlich detailliert betrachtet, aber sie haben die Hunderte von Sternen, die keine Planeten zu haben scheinen, im Grunde ignoriert. Diese unterbewerteten Sterne bieten den Kontext, um zu verstehen, warum sich Planeten bilden “, sagte Valenti, ein Experte für die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Sternen.

Die Daten zeigen, dass Sterne wie die Sonne, deren Metallgehalt als typisch für Sterne in unserer Nachbarschaft gilt, eine Wahrscheinlichkeit von 5 bis 10 Prozent haben, Planeten zu haben. Sterne mit dreimal mehr Metall als die Sonne haben eine 20-prozentige Chance, Planeten zu beherbergen, während Sterne mit 1/3 des Metallgehalts der Sonne eine 3-prozentige Chance haben, Planeten zu haben. Die 29 am meisten metallarmen Sterne in der Probe, alle mit weniger als 1/3 der Metallhäufigkeit der Sonne, hatten keine Planeten.

"Diese Daten deuten darauf hin, dass es eine Schwellenmetallizität gibt und daher nicht alle Sterne in unserer Galaxie die gleiche Chance haben, Planetensysteme zu bilden", sagte Fischer. „Ob ein Stern planetare Begleiter hat oder nicht, ist eine Bedingung seiner Geburt. Diejenigen mit einer größeren anfänglichen Zuteilung von Metallen haben einen Vorteil gegenüber denen ohne, ein Trend, den wir jetzt mit diesen neuen Daten klar erkennen können. "

Die beiden Astronomen bestimmten die Metallzusammensetzung, indem sie 1.600 Spektren von mehr als 1.000 Sternen analysierten, bevor sie die Analyse auf 754 Sterne beschränkten, die lange genug beobachtet worden waren, um einen Gasriesenplaneten ein- oder auszuschließen. Einige dieser Sterne wurden seit 15 Jahren von Fischer, Geoffrey Marcy, Professor für Astronomie an der UC Berkeley, und dem Kollegen Paul Butler, der jetzt an der Carnegie Institution in Washington arbeitet, bei ihrer systematischen Suche nach extrasolaren Planeten um nahegelegene Sterne beobachtet. Alle 754 Sterne wurden mehr als zwei Jahre lang vermessen, genug Zeit, um festzustellen, ob ein nahegelegener Planet in Jupiter-Größe vorhanden ist oder nicht.

Obwohl die Oberflächen von Sternen viele Metalle enthalten, konzentrierten sich die Astronomen auf fünf – Eisen, Nickel, Titan, Silizium und Natrium. Nach vierjähriger Analyse konnten die Astronomen die Sterne nach Metallzusammensetzung gruppieren und die Wahrscheinlichkeit bestimmen, dass Sterne einer bestimmten Zusammensetzung Planeten haben. Bei Eisen beispielsweise wurden die Sterne relativ zum Eisengehalt der Sonne eingestuft, der 0,0032% beträgt.

"Dies ist die unvoreingenommenste Umfrage ihrer Art", betonte Fischer. "Es ist einzigartig, weil alle Metallhäufigkeiten mit derselben Technik bestimmt wurden und wir alle Sterne unseres Projekts mit Daten aus mehr als zwei Jahren analysiert haben."
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Fischer sagte, die neuen Daten legen nahe, warum metallreiche Sterne wahrscheinlich Planetensysteme entwickeln, wenn sie sich bilden. Die Daten stimmen mit der Hypothese überein, dass schwerere Elemente leichter zusammenkleben und Staub, Gesteine ​​und schließlich Planetenkerne sich um neu entzündete Sterne bilden können. Da der junge Stern und die umgebende Staub- und Gasscheibe dieselbe Zusammensetzung haben würden, spiegelt die vom Stern beobachtete Metallzusammensetzung die Fülle an Rohstoffen wider, einschließlich Schwermetallen, die in der Scheibe zum Aufbau von Planeten verfügbar sind. Die Daten zeigen eine nahezu lineare Beziehung zwischen der Menge an Metallen und der Wahrscheinlichkeit, Planeten zu beherbergen.

"Diese Ergebnisse zeigen uns, warum einige der Sterne in unserer Milchstraße Planeten haben, andere nicht", sagte Marcy. "Die Schwermetalle müssen zusammenklumpen, um Gesteine ​​zu bilden, die selbst in die festen Kerne der Planeten klumpen."

Die Forschung von Fischer und Valenti wird von der National Aeronautics and Space Administration, der National Science Foundation, dem britischen Forschungsrat für Teilchenphysik und Astronomie (PPARC), dem anglo-australischen Observatorium, Sun Microsystems, dem Keck Observatory und dem Lick Observatories der University of California.

Originalquelle: Berkeley Pressemitteilung

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