Ein internationales Astronomenteam unter brasilianischer Leitung hat mit dem Very Large Telescope der ESO den ältesten bekannten Zwilling der Sonne identifiziert und untersucht. Der Stern HIP 102152 ist 250 Lichtjahre von der Erde entfernt und ähnelt der Sonne mehr als jeder andere sonnenähnliche Stern – abgesehen davon, dass er fast vier Milliarden Jahre älter ist. Dieser ältere, jedoch fast identische Sonnenzwilling eröffnet uns eine noch nie da gewesene Möglichkeit zu verfolgen wie unsere Sonne mit zunehmendem Alter aussehen wird. Die neuen Beobachtungen belegen außerdem erstmals eine eindeutige Verbindung zwischen dem Alter eines Sterns und seinem Lithiumgehalt. Außerdem weisen die Daten darauf hin, dass HIP 102152 erdähnliche Gesteinsplaneten beherbergen könnte.

Astronomen können die Sonne erst seit 400 Jahren mit Teleskopen beobachten – was nur einem winzigen Bruchteil ihres Alters von 4,6 Milliarden Jahren entspricht. Es ist sehr schwer, die Geschichte und die zukünftige Entwicklung unseres Heimatsterns zu untersuchen. Möglich ist es dennoch, und zwar indem man nach den seltenen Sternen sucht, die unserer Sonne ähneln, sich jedoch in einem anderen Stadium ihres Lebens befinden. Jetzt haben Astronomen einen Stern entdeckt, der praktisch ein eineiiger Zwilling unserer Sonne ist, nur 4 Milliarden Jahre älter. Fast könnte man meinen, man würde das Zwillingsparadoxon real in Aktion sehen [1].

Jorge Melendez von der Universidade de São Paulo in Brasilien, Leiter der Forschergruppe und Koautor des Fachartikels, in dem die Ergebnisse präsentiert werden, erklärt: „Seit Jahrzehnten suchen Astronomen schon nach Zwillingssternen der Sonne, um unseren eigenen, lebensspendenden Stern besser zu verstehen. Seit der ersten derartigen Entdeckung 1997 hat man aber nur wenige davon finden können. Vom VLT haben wir nun Spektren von überragender Qualität erhalten und können damit Zwillinge der Sonne mit besonders hoher Genauigkeit gründlich untersuchen und so auch die Frage beantworten, ob unsere Sonne etwas Besonderes ist.”

Das Astronomenteam untersuchte zwei Sonnenzwillinge [2] – man ging davon aus, dass einer der beiden namens 18 Scorpii jünger als die Sonne ist und der andere namens HIP 102152 älter. Mit dem UVES-Spektrografen am Very Large Telescope (VLT) am Paranal-Observatorium der ESO konnten sie ihr Licht in seine Farben zerlegen, um so die chemische Zusammensetzung und weitere Eigenschaften dieser Sterne detailliert zu untersuchen.

Dabei fanden sie heraus, dass HIP 102152 im Sternbild Capricornus (der Steinbock) der älteste bisher bekannte Sonnenzwilling ist. Sein Alter beträgt schätzungsweise 8,2 Milliarden Jahre. Im Vergleich dazu: Unsere Sonne ist nur 4,6 Milliarden Jahre alt. Dagegen konnten die Astornomen bestätigen, dass 18 Scorpii tatsächlich jünger als die Sonne ist – und zwar etwa 2,9 Milliarden Jahre alt.

Anhand der Untersuchung des uralten Sonnenzwillings HIP 102152 können die Wissenschaftler voraussagen, was mit unserer eigenen Sonne passieren könnte, wenn sie dieses Alter erreicht. Eine bedeutende Entdeckung haben sie schon gemacht. „Eine Frage, die wir angehen wollten, war,  ob die Zusammensetzung der Sonne typisch ist und warum ihr Lithiumgehalt so ungewöhnlich niedrig ist”, erläutert Melendez.

Lithium, das dritte Element des Periodensystems, entstand während des Urknalls zusammen mit Wasserstoff und Helium. Astronomen fragen sich schon viele Jahre, warum einige Sterne weniger Lithium zu haben scheinen als andere. Durch die neuen Beobachtungen von HIP 102152 sind Astronomen der Lösung dieses Rätsels einen großen Schritt näher gekommen, indem sie einen starken Zusammenhang zwischen dem Alter der sonnenähnlichen Sterne und ihrem Lithiumgehalt festgestellt haben.

Unsere Sonne besitzt heute nur noch 1% des Lithiumsgehalts, der im Material vorhanden war, aus dem sie entstanden ist. Untersuchungen jüngerer Sonnenzwillinge deuten darauf hin, dass jüngere sonnenähnliche Sterne einen deutlich höheren Lithiumanteil besitzen. Jedoch waren Wissenschaftler bisher nicht in der Lage den Zusammenhang zwischen Alter und Lithiumgehalt nachzuweisen [3].

TalaWanda Monroe, ebenfalls von der Universidade de São Paulo und Erstautorin des neuen Fachartikels, fasst zusammen: „Wir haben festgestellt, dass HIP 102152 einen sehr geringen Lithiumanteil hat. Dies zeigt zum ersten Mal deutlich, dass ältere Sonnenzwillinge in der Tat einen geringeren Lithiumanteil haben als unsere Sonne oder jüngere Sonnenzwillinge. Wir können uns nun sicher sein, dass Sterne auf irgendeine Weise ihr Lithium zerstören, wenn sie älter werden, und dass der Lithiumgehalt der Sonne für ihr Alter normal ist.” [4]

Ein letzter Wendepunkt dieser Geschichte ist, dass HIP 102152 ein ungewöhnliches Muster in seiner chemischen Zusammensetzung aufweist, das sich fast unmerklich von den meisten anderen Sonnenzwillingen unterscheidet, aber dem der Sonne ähnlich ist. Beide zeigen einen Mangel an Elementen, die in Meteoriten und der Erde in großen Mengen vorhanden sind. Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass HIP 102152 erdähnliche Gesteinsplaneten beherbergen könnte [5].

Endnoten

[1]Das Zwillingsparadoxon ist ein bekanntes Gedankenexperiment der Relativitätstheorie: Ein eineiiger Zwilling unternimmt eine Reise ins Weltall und kommt verglichen mit seinem Bruder auf der Erde weniger stark gealtert zurück. Hier sehen wir zwei deutlich unterschiedliche Altersstufen von zwei sehr ähnlichen Sternen – Momentaufnahmen der Sonne in zwei verschiedenen Lebensabschnitten – und das ganz ohne Zeitreisen oder relativistische Effekte.

[2] Die Bezeichnungen Sonnenzwillinge, Analoga zur Sonne und sonnenähnliche Sterne bezeichnen verschiedene Abstufungen der Ähnlichkeit zur Sonne bei Sternen. Sonnenzwillinge sind unserer Sonne am ähnlichsten, da sie sehr ähnliche Massen, Temperaturen und chemische Zusammensetzungen haben. Solche Sonnenzwillinge sind sehr selten. Die anderen Klassen, bei denen die Ähnlichkeit zur Sonne geringer ist, kommen jedoch viel häufiger vor.

[3] Vorhergehende Untersuchungen haben darauf hingdeutet, dass die Anwesenheit von Gasriesen Einfluss auf den Lithiumgehalt eines Sterns haben könnte (siehe eso0942, eso0118, Fachartikel in Nature), obwohl diese Ergebnisse kontrovers diskutiert wurden (ann1046).

[4] Es ist immer noch unklar, wie Lithium in Sternen zerstört wird. Es wurden allerdings mehrere Prozesse vorgeschlagen, wie Lithium von der Oberfläche eines Sterns in tiefere Schichten transportiert und dort anschließend zerstört werden könnte.

[5] Wenn ein Stern weniger Elemente enthält, die normalerweise in Gesteinsobjekten zu finden sind, dann weist das darauf hin, dass er möglicherweise erdähnliche Gesteinsplaneten besitzt. Solche Planeten sammeln diese Elemente bei ihrer Entstehung in einer großen Scheibe um den Stern herum an. Außerdem gibt es anhand von Messungen der Radialgeschwindigkeit mit dem HARPS-Spektrografen der ESO zusätzliche Hinweise darauf, dass HIP 102152 möglicherweise solche Planeten besitzt. Die Daten lassen darauf schließen, dass in der habitablen Zone keine Gasriesen vorhanden sind. Dies wiederum ermöglicht die Existenz erdähnlicher Planeten um HIP 102152, denn in Systemen mit Gasriesen nahe an ihrem Stern sind die Chancen einen Gesteinsplaneten zu finden viel geringer, da diese kleinen Gesteinsobjekte gestört und zerrissen werden.

.