Rtselhafter Gasriese um HD 114082

rätselhafter Gasriese um HD 114082
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
30. November 2022

Astronomen haben einen Riesenplaneten entdeckt, der den sonnenähnlichen Stern HD 114082 umkreist. Mit nur 15 Millionen Jahren ist dieser Superjupiter der jüngste Exoplanet seiner Art mit einem definierten Radius und einer definierten Masse. Beide Größen sind jedoch nur schwer mit dem allgemein akzeptierten Modell der Planetenentstehung in Einklang zu bringen.

HD 114082 b

Die Darstellung dieses Künstlers zeigt einen Gasriesen-Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der junge Exoplanet HD 114082 b umkreist seinen sonnenähnlichen Stern in 110 Tagen in einer Entfernung von 0,5 astronomischen Einheiten.
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NASA/JPL-Caltech
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Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 Prozent Gasriesen mit einer Masse von mindestens Jupiter sind. Jetzt hat eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und dem National Main Astronomical Observatory der Ukrainischen Akademie der Wissenschaften in Kiew einen Exoplaneten namens HD 114082 b gefunden, der mehrere Eigenschaften aufweist. was Wissenschaftler zum Nachdenken anregt.

Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, aber seine Masse erreicht das Achtfache der Jupitermasse. „Im Vergleich zum derzeit akzeptierten Modell ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, sagt Zakhozhay. Die resultierende durchschnittliche Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was ziemlich erstaunlich ist. Schließlich ist die Erde ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern und besteht nicht aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten Elementen des Universums, aus denen Jupiter fast ausschließlich besteht.

„HD 114082 b ist jetzt der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit bekannter Masse und Radius“, sagte Zakhozhay. Also versprach er, Astronomie allgemein über die Entstehung von Gasriesen zu unterrichten. „Wir glauben, dass Riesenplaneten auf zwei Arten entstehen können“, erklärt Ralf Launhardt vom MPIA. „Beide kommen in protoplanetaren Gas- und Staubscheiben vor, die um junge Wirtssterne verstreut sind.“ Im ersten Prozess, der als „Kernakkretion“ bezeichnet wird, beginnt sich ein fester Kern aus felsigem Material anzusammeln. Sobald es eine kritische Masse erreicht, zieht seine Anziehungskraft das umgebende Gas an, was zu einer schnellen Ansammlung von Wasserstoff und Helium führt und einen riesigen Planeten schafft. Im zweiten Prozess, der als „Platteninstabilität“ bezeichnet wird, kollabieren instabile Gravitationsbündel aus dichtem Gas vollständig und bilden einen riesigen Planeten ohne felsigen Kern.


Abhängig von den Annahmen für diese beiden Szenarien muss das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur des jungen Gasblindplaneten bestimmt. So kann der neue Planet einen „Kaltstart“ oder „Heißstart“ erleben, was zu unterschiedlichen Beobachtungen führt, die diese Modelle besonders in jungen Jahren unterscheiden können.

Derzeit bevorzugen viele Astronomen ein Kernakkretionsszenario mit einem heißen Start für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da heißes Gas ein größeres Volumen einnimmt als kaltes Gas, sollten wir einen merklichen Unterschied in der Größe des beobachteten Planeten feststellen. Dieser Größenunterschied ist bei jungen Planeten ausgeprägter. Während der ersten hundert Millionen Jahre der Abkühlung nach der Entstehung lässt dieser Effekt jedoch nach. HD 114082 b widerspricht auf den ersten Blick den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht zum Image des Heißstarts. Stattdessen entspricht es eher einem Kaltstartszenario.

Interessanterweise zeigten einige etwas ältere Kandidaten aus anderen Studien das gleiche Verhalten. „Es geht zu weit, auf die Idee eines heißen Starts zu verzichten“, erklärt Launhardt. “Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten noch nicht verstehen.” Es ist klar, dass HD 114082 b für seine Masse im Vergleich zum aktuellen Modell zu klein ist. Entweder hat es einen ungewöhnlich großen festen Kern, oder das Modell ist falsch und unterschätzt die Geschwindigkeit, mit der dieser Gasriese abkühlen kann, oder beides.

Die Entdeckung von HD 114082 b ist das Ergebnis eines umfangreichen Beobachtungsprogramms namens RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets around Young Stars). Es umfasst nun 775 Beobachtungsstunden mit dem vom MPIA betriebenen 2,2-Meter-Teleskop ESO/MPG am Standort La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile, verteilt auf 4,5 Jahre. RVSPY ist ein hervorragendes Beispiel für astronomische Hochdurchsatzforschung, die an Teleskopen mit permanentem Zugang über einen langen Zeitraum durchgeführt wird. Mit den neuesten Teleskopen ist eine solche Forschung kaum möglich, da die Beobachtungszeit pro Projekt aufgrund der hohen Nachfrage sehr begrenzt ist.

Der Zweck von RVSPY besteht darin, die Anzahl und Verteilung von Riesenplaneten (heiß, warm und kalt) um junge Sterne herum aufzudecken. Dazu nahmen die Astronomen eine Zeitreihe der Spektren von 111 jungen Sternen auf, zerlegten also das Sternenlicht in seine farblichen Grundbestandteile, ähnlich wie wir es bei Regenbögen sehen. Kleine periodische Verschiebungen im Spektrum des Sterns können auf beobachtete Schwankungen des Sterns hindeuten, die durch die Anziehungskraft umlaufender Planeten verursacht werden. Im Allgemeinen können Sternaktivitäten wie Pulsationen oder Flares die Messungen beeinflussen, insbesondere bei jungen Sternen wie HD 114082. Die Qualität der RVSPY-Daten ist jedoch gut genug, um Signale von schwankenden Sternen eindeutig zu identifizieren. Das Team schloss auch ältere Archivdaten von anderen Teleskopen ein, um die Abdeckung in die Vergangenheit zu erweitern.

Während Astronomen mit der sogenannten Radialgeschwindigkeitsmethode auf Masse und Umlaufzeit des Planeten um seinen Zentralstern schließen, müssen sie zur Bestimmung seiner Größe auf eine andere Technik zurückgreifen: die Transitmethode. Es beobachtet die periodische leichte Sonnenfinsternis des Sterns durch den Planeten, der vor dem Stern vorbeizieht. „Seit der Entdeckung des Staubrings um HD 114082 vor einigen Jahren haben wir die Konfiguration der Umlaufbahn des Planeten vermutet, die fast auf der Seite liegt“, sagte Zakhozhay. „Wir hatten jedoch das Glück, in den TESS-Daten Beobachtungen mit einer beeindruckenden Transitlichtkurve zu finden, die unsere Analyse verbesserten.“

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ist ein NASA-Raumschiff, das nach Exoplaneten in der Nähe von Sternen in relativer Nähe zur Erde sucht. Durch die Kombination dieser Messungen fanden Zakhozhay und Kollegen heraus, dass HD 114082 b seinen sonnenähnlichen Mutterstern in 110 Tagen in einer Entfernung von etwa 0,5 astronomischen Einheiten umkreist. Die Astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Sonne und Erde. Es ähnelt also der Umlaufbahn des Merkur um die Sonne.

HD 114082 b ist einer von nur drei jungen Riesenplaneten, bis zu 30 Millionen Jahre alt, Masse und Größe bekannt. Und alle Möglichkeiten widersprechen dem am weitesten verbreiteten Heißstartmodell. Obwohl die Astronomen eine kleine Anzahl von Statistiken mit drei Planeten verwendeten, ist es unmöglich, dass alle diese Planeten Ausreißer sind. „Obwohl mehr solcher Planeten benötigt werden, um diesen Trend zu bestätigen, glauben wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überdenken sollten“, sagte Zakhozhay. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungen in die Theorie der Planetenentstehung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese riesigen Planeten entstehen, und zeigen uns, wo die Lücken in unserem Verständnis liegen.“

Das Team berichtete in einem in der Zeitschrift veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel über die Beobachtung von HD 114082 b Astronomie & Astrophysik ist aufgetaucht.

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siehe auch

Far Worlds – astronews.com berichtet über die Suche nach extrasolaren Planeten

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