Rätselhafter Jung-Planet entdeckt – wissenschaft.de

Vermutlich nur 15 Millionen Jahre alt: Astronomen berichten vom jüngsten Gasriesenplaneten, dessen Masse und Radius bestimmt werden können. Diese Werte sehen jedoch überraschend aus: Der Planet HD 114082 b hat die gleichen Abmessungen wie Jupiter, ist aber achtmal größer als der Gasriese in unserem Sonnensystem. Diese Kombination von Merkmalen ist schwer mit bisherigen Annahmen über die Entstehung dieses Planetentyps in Einklang zu bringen. Wissenschaftler sagen, dass relevante Modelle möglicherweise angepasst werden müssen.

Astronomen haben mehr als 5000 Planeten entdeckt, die ferne Sterne umkreisen. Daher liegt der aktuelle Fokus auf besonders interessanten Exemplaren. Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg hat es auf eine Kategorie von Gasriesen abgesehen, deren Masse mindestens der von Jupiter entspricht. Sie machen mindestens 15 Prozent der bisher entdeckten Exoplaneten aus. Wissenschaftler interessieren sich besonders für besonders junge Exemplare, weil ihre Eigenschaften Hinweise auf den Prozess der Planetenentstehung geben können.

Ausrichtung auf das junge System

Untersuchungen im Rahmen des Beobachtungsprogramms „RVSPY“ (Radial Velocity Survey for Planets around Young Stars) führten zu der aktuellen Entdeckung. Astronomen verwenden die Radialgeschwindigkeitsmethode, um Exoplaneten zu entdecken. Kleine periodische Verschiebungen im Lichtspektrum des Sterns können auf das Wackeln des beobachteten Sterns hinweisen, das durch die Anziehungskraft des ihn umkreisenden Planeten verursacht wird. Auf diese Weise lassen sich nicht nur Satelliten identifizieren, die Daten lassen auch Rückschlüsse auf Exoplanetenmassen zu. Mit dieser Methode haben Wissenschaftler nun einen Planeten um den Stern HD 114082 gefunden. Dabei handelt es sich um ein sehr junges System: Laut bisherigen Studien besitzt es noch eine Scheibe aus Gas und Staub. Astronomen schätzen daher das Alter des Planeten HD 114082 b auf nur etwa 15 Millionen Jahre.

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Während die Radialgeschwindigkeitsmethode die Masse und Umlaufzeit des Planeten anzeigen kann, müssen die Forscher auf die Transitmethode zurückgreifen, um seine Größe zu bestimmen. Möglich wird dies durch Daten der NASA-Raumsonde TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Anhand der geringen Lichtschwäche, die auftritt, wenn ein Planet an seinem Stern vorbeizieht, lässt sich der Radius eines Himmelskörpers berechnen und die Periode seiner Umlaufzeit genauer bestimmen. Durch die Kombination der Methoden konnten Zakhozhay und seine Kollegen HD 114082 b endlich genauer beschreiben.

Super eng

„HD 114082 b ist jetzt der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit bekannter Masse und Radius“, sagt Zakhozhay. Daher kann es Astronomen allgemeine Informationen über die Entstehung von Gasriesen liefern. Konkrete Erkenntnisse überraschten jedoch: Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, aber seine Masse beträgt acht Jupitermassen. Die durchschnittliche Dichte dieses Planeten ist doppelt so hoch wie die der Erde. Das erscheint erstaunlich, denn die Erde ist ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern. Jupiter hingegen besteht neben einem relativ kleinen Gesteinskern hauptsächlich aus den leichten Elementen Wasserstoff und Helium.

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Wie die Forscher erklärten, passt die Merkmalskombination von HD 114082 b nicht zu den üblichen Annahmen über die Entstehung dieses Planetentyps. Es wird angenommen, dass sich Riesenplaneten auf zwei Arten bilden: In einem Prozess, der als „Scheibeninstabilität“ bezeichnet wird, kollabiert ein gravitativ instabiles Bündel aus dichtem Gas in der protoplanetaren Scheibe sofort und bildet einen Riesenplaneten ohne felsigen Kern. In anderen Fällen, die als „Kernakkretion“ bezeichnet werden, beginnt sich ein fester Kern aus felsigem Material anzusammeln. Nach Erreichen einer kritischen Masse zieht seine Anziehungskraft große Mengen an Wasserstoff- und Heliumgas an und erzeugt riesige Planeten. Dieser Prozess führte offensichtlich zur Bildung von HD 114082 b.

Lücke im Verständnis

Es ist jedoch nicht klar, wie es eine so hohe Dichte erreichen kann. Nun wird auch das Kernakkretionsszenario als „heißer Start“ betrachtet: Das angesammelte Gas hat also eine hohe Temperatur und ist daher auch groß. Die Kombination aus Masse und Größe von HD 114082 b scheint jedoch nicht zu dieser Annahme zu passen. „Im Vergleich zum derzeit akzeptierten Modell ist der Planet etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, schloss Olga Zakhozhay. Was die Wissenschaftler sagen, bedeutet letztlich, dass der Planet möglicherweise durch einen unklaren Prozess einen ungewöhnlich großen festen Kern angesammelt hat und / oder die Geschwindigkeit, mit der dieser Gasriese abkühlen kann, falsch angenommen wird.

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„Obwohl mehr Planeten wie dieser benötigt werden, um ein besseres Verständnis zu ermöglichen, glauben wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überdenken sollten“, sagte Zakhozhay. Abschließend sagt Co-Autor Ralf Launhardt vom Max-Planck-Institut für Astronomie: „Letztendlich können wir nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten nicht sehr gut verstehen“, sagt der Astronom.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie, Artikel: Astronomy & Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/202244747

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