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Beryllium kann verschluckte Gesteinsplaneten verraten
Wenn sonnenähnliche Sterne Gesteinsplaneten aufnehmen, kann Beryllium länger als Lithium eine chemische Spur des Ereignisses bewahren. Bei dem Doppelstern HD 129171/HD 129209 fanden Astronomen einen deutlichen Beryllium-Unterschied und ein Muster vieler weiterer Elemente, das zur Aufnahme von mindestens 11,2 Erdmassen Gesteinsmaterial durch HD 129171 passt.
São Paulo (Brasilien). Doppelsterne mit nahezu gleichen Eigenschaften sind besonders gute Vergleichsobjekte für die Suche nach verschluckten Planeten. Entstehen beide Sterne ungefähr gleichzeitig aus derselben Molekülwolke, sollten sie anfangs fast dieselbe chemische Zusammensetzung besitzen. Spätere Unterschiede können deshalb verraten, ob einer der Partner zusätzliches Material aufgenommen hat.
Besonders wichtig sind dabei refraktäre Elemente wie Eisen, Magnesium oder Silizium, die bei hohen Temperaturen kondensieren und einen großen Teil von Gesteinsplaneten bilden. Ein Überschuss solcher Stoffe in nur einem Stern kann auf aufgenommenes felsiges Material hinweisen, wobei bisher schwer zu entscheiden war, wie lange solche Spuren nach einem planetaren Einfall sichtbar bleiben.
Forscher der Universidade de São Paulo (USP) um Anne Rathsam haben den sonnenähnlichen Doppelstern HD 129171/HD 129209 deshalb mit hochauflösenden Spektren untersucht. Die Daten stammen vom Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Aus den Spektren bestimmte das Team die Häufigkeiten von Lithium, Beryllium und zahlreichen weiteren Elementen.
HD 129171 erwies sich dabei als deutlich reicher an refraktären Elementen als sein Begleiter. Bei Eisen beträgt der Unterschied 0,120 ± 0,004 dex, was einer um rund 32 Prozent höheren Häufigkeit entspricht. Zugleich enthält HD 129171 etwa zehnmal so viel Lithium und rund 1,6-mal so viel Beryllium wie HD 129209. Mit steigender Kondensationstemperatur werden die chemischen Unterschiede im Mittel größer.
„HD 129171 ist mit refraktären Elementen angereichert, also mit Stoffen, die normalerweise in festem Zustand kondensieren und Gesteinsplaneten bilden. Das spricht stark dafür, dass der Stern im Lauf seiner Entwicklung planetarisches Material verschluckt hat“, sagt Anne Rathsam.
Eine alternative Erklärung wäre die atomare Diffusion, durch die sich Elemente im Inneren eines Sterns langsam umverteilen können. Modelle erwarten für das untersuchte Sternpaar dadurch jedoch Unterschiede von nur ungefähr 0,02 dex, deutlich weniger als die typischen beobachteten Abweichungen von rund 0,15 dex. Außerdem erklärt Diffusion nicht den Zusammenhang mit der Kondensationstemperatur.
Für die Suche nach Planeteneinfällen sind Lithium und Beryllium besonders interessant, weil sonnenähnliche Sterne diese leichten Elemente nicht selbst erzeugen. Lithium wird im Sterninneren vergleichsweise leicht zerstört, während Beryllium dafür höhere Temperaturen benötigt und in Sternen mit ungefähr Sonnenmasse wesentlich beständiger bleiben sollte.
„Lithium wurde bereits als möglicher Hinweis auf das Verschlucken von Planeten genutzt, wird aber relativ leicht zerstört. Beryllium ist widerstandsfähiger und seine chemische Signatur kann länger erhalten bleiben“, erklärt Rathsam.
Genau dieses Muster zeigt das untersuchte Paar. Die Beryllium-Häufigkeit unterscheidet sich um 0,20 ± 0,04 dex, obwohl beide Sterne in Temperatur, Alter und Masse sehr ähnlich sind. Zusammen mit dem Lithiumüberschuss und der Anreicherung refraktärer Elemente stützt dieser Befund die Interpretation, dass HD 129171 felsiges Material aufgenommen hat.