Ein Planet mit einer Masse, die um ein Mehrfaches größer als die der Erde ist, könnte in der Sonne verschwunden sein und dabei Spuren hinterlassen haben, die noch heute nachweisbar sind.
Das Szenario geht auf eine ältere Feststellung zurück: Modelle, die das Innere der Sonne beschreiben, stimmen mit bestimmten realen Messungen nicht vollständig überein. Die Schwingungen unseres Sterns ermöglichen unter anderem Rückschlüsse darauf, wie sich Schall unter seiner Oberfläche ausbreitet. Die berechneten Werte weichen jedoch von diesen Beobachtungen ab, insbesondere unterhalb der äußeren Schicht, in der Materie zirkuliert.
Ein weiterer Hinweis gibt Astronomen Rätsel auf. Die Oberfläche der Sonne enthält deutlich weniger Lithium als aufgrund der Materie zu erwarten wäre, die bei ihrer Entstehung vorhanden war. Mutlu Yıldız von der Ege-Universität in der Türkei untersuchte daher, ob diese beiden Anomalien dieselbe Ursache haben könnten, die bis in die Jugend der Sonne zurückreicht.
Der Forscher simulierte die Entwicklung unseres Sterns und fügte ein ungewöhnliches Ereignis hinzu: die Aufnahme eines an schweren Elementen reichen Planeten. Die Modelle, die am besten mit den Beobachtungen übereinstimmen, beziehen eine Supererde mit etwa 5 bis 10 Erdmassen ein. Eine der besten Anpassungen ergibt eine Masse von ungefähr dem 5,6-Fachen der Erdmasse.
Konkret wäre die Materie dieses Planeten nicht einfach in den oberflächennahen Schichten verschwunden. Ein Teil hätte unter die Zone sinken können, in der sich die Sonnenmaterie kontinuierlich vermischt. Dadurch hätte sie das Innere der Sonne lokal mit schweren Elementen angereichert. Diese Veränderung beeinflusst geringfügig, wie Energie und Schall den Stern durchqueren.
Die Berechnungen zeigen, dass eine ausreichend kompakte felsige Welt die äußeren Schichten der jungen Sonne durchqueren könnte, ohne sofort ihre gesamte Materie zu verlieren. Ihr Inhalt könnte somit tiefere Regionen erreichen, bevor er sich verteilt.
Künstlerische Darstellung eines Planeten, der zunächst knapp an der Hülle seines Sterns vorbeistreift und dann in sie eintaucht.
Bildnachweis: K. Miller/R. Hurt (Caltech/IPAC), MIT.
Das Szenario kann auch die heute geringe Lithiummenge erklären. In der Studie von Mutlu Yıldız hätte die junge Sonne zunächst eine etwas geringere Masse gehabt und anschließend mehrere Erdmassen an Materie aufgenommen. Um die heutige Häufigkeit zu reproduzieren, muss diese hinzugefügte Materie sehr lithiumarm sein. Sie erhöht dann die Masse und verändert die Zusammensetzung der Sonne, ohne eine entsprechend große Menge Lithium einzubringen. Das vorhandene Lithium wird dadurch stärker verdünnt und der inneren Durchmischung ausgesetzt.
Das ist ziemlich kontraintuitiv, denn ein gewöhnlicher felsiger Planet könnte im Gegenteil Lithium einbringen und die Oberfläche eines Sterns vorübergehend anreichern. Genau das sagen viele Modelle der Planetenverschluckung voraus.
Das Szenario dieser neuen Studie setzt daher eine besondere Bedingung voraus: Die verschluckte Supererde musste bereits stark an Lithium verarmt sein. Der Autor kommt zu dem Ergebnis, dass das Modell mit etwa 4,6 bis 5,8 Erdmassen lithiumarmer Materie die heutige solare Häufigkeit reproduzieren kann.
Diese Hypothese bietet auch eine mögliche Erklärung für eine Besonderheit unserer Nachbarschaft. Viele Planetensysteme besitzen Supererden in der Nähe ihres Sterns, während das Sonnensystem keine einzige aufweist. Frühere Arbeiten hatten bereits vorgeschlagen, dass sich solche Planeten in der Nähe der Sonne gebildet haben könnten, bevor sie zu ihr hin migrierten.
Der Forscher verglich dieses Szenario mit anderen möglichen Änderungen an den Sonnenmodellen, die insbesondere den Transport und die Durchmischung der Materie betreffen. Diese Lösungen verbessern einige Ergebnisse, doch die Aufnahme eines Planeten liefert in den untersuchten Simulationen eine bessere gleichzeitige Übereinstimmung mit mehreren Messungen.
Der nächste Schritt wird daher die Beobachtung sein. Falls die vorhergesagte Anreicherung schwerer Elemente unter den äußeren Schichten der Sonne eine messbare Signatur besitzt, könnten die Schwingungen unseres Sterns dabei helfen, nach ihr zu suchen. Ein solcher Nachweis wäre ein unabhängiger Hinweis auf ein Ereignis, das sich vor mehreren Milliarden Jahren ereignet hat.