Rätselhafter Jung-Planet entdeckt – wissenschaft.de

Wahrscheinlich nur etwa 15 Millionen Jahre alt: Astronomen haben den jüngsten bekannten Gasriesenplaneten gemeldet, dessen Masse und Radius bestimmt werden konnten. Allerdings wirken diese Werte erschreckend: Der Planet HD 114082 b ist ähnlich groß wie Jupiter, aber achtmal so massereich wie der Gasriese unseres Sonnensystems. Diese Kombination von Merkmalen ist schwer mit bisherigen Annahmen über die Entstehung dieses Planetentyps in Einklang zu bringen. Laut Wissenschaftlern sollten die entsprechenden Modelle modifiziert werden.

Astronomen haben bereits mehr als 5.000 Planeten entdeckt, die ferne Sterne umkreisen. Daher liegt der Fokus nun auf besonders interessanten Exemplaren. Die Gruppe von Astronomen um Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg hat es auf die Kategorie der Gasriesen mit mindestens der Masse des Jupiter abgesehen. Sie machen mindestens 15 Prozent der bisher entdeckten Exoplaneten aus. Wissenschaftler interessieren sich besonders für junge Exemplare, da ihre Eigenschaften Hinweise auf Prozesse der Planetenentstehung geben können.

Ausrichtung auf junge Systeme

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 Spektrum des Sternenlichts können auf die oszillierende Bewegung des beobachteten Sterns hinweisen, die durch die Gravitationskraft des ihn umkreisenden Planeten verursacht wird. Auf diese Weise lassen sich die Satelliten nicht nur identifizieren: Aus den Daten lassen sich auch Rückschlüsse auf die Masse eines Exoplaneten ziehen. Mit dieser Methode haben Wissenschaftler nun einen Planeten um den Stern HD 114082 gefunden. Dabei handelt es sich um ein sehr junges System: Laut früheren Studien weist es noch eine Scheibe aus Gas und Staub auf. 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 aufzeigen konnte, mussten die Forscher die Transitmethode verwenden, um seine Größe zu bestimmen. Möglich wurde dies durch Daten der NASA-Raumsonde TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Anhand des intermittierenden, winzigen Dimmens des Lichts, wenn der Planet an seinem Stern vorbeizieht, konnte der Radius des Himmelskörpers berechnet und seine Umlaufzeit genauer bestimmt werden. Durch die Kombination dieser Methoden konnten Zakhozhay und seine Kollegen HD 114082 bt endlich genauer beschreiben.

Erstaunlich eng

„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer bestimmten Masse und einem bestimmten Radius“, sagt Zakhozhay. Daher könnte es Astronomen Informationen über die Entstehung von Gasriesen im Allgemeinen liefern. Überraschend waren jedoch die konkreten Befunde: Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, hat aber eine Masse von acht Jupitermassen. Die resultierende durchschnittliche Dichte dieses Planeten ist doppelt so hoch wie die der Erde. Das scheint erstaunlich, denn die Erde ist ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern. Jupiter hingegen besteht hauptsächlich aus leichten Elementen, Wasserstoff und Helium, mit einem relativ kleinen felsigen Kern.

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Wie die Forscher erklären, 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, kollabieren gravitativ instabile Bündel aus dichtem Gas in der protoplanetaren Scheibe direkt, um einen Riesenplaneten ohne felsigen Kern zu bilden. Im anderen Fall, der als “Kernakkretion” bezeichnet wird, wird zuerst ein fester, felsiger Kern akkretiert. Sobald es eine kritische Masse erreicht, zieht seine Anziehungskraft große Mengen an Wasserstoff- und Heliumgas an und schafft einen riesigen Planeten. Dieser Prozess führte offensichtlich zur Bildung von HD 114082 b.

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Lücken im Verständnis

Es ist jedoch nicht klar, wie es möglich war, eine so hohe Dichte zu erreichen. Derzeit wird auch das nukleare Akkretionsszenario als „heißer Start“ angenommen: Das angesammelte Gas ist daher von hoher Temperatur und daher auch groß. Die Kombination aus Masse und Größe von HD 114082 b scheint jedoch nicht zu dieser Annahme zu passen. „Im Vergleich zu derzeit akzeptierten Modellen ist der Planet etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen, der nur 15 Millionen Jahre alt ist“, fasst Olga Zakhozhay zusammen. Was die Wissenschaftler sagen, bedeutet letztlich, dass der Planet durch unklare Prozesse einen ungewöhnlich großen festen Kern ansammeln konnte und/oder sie die Abkühlungsgeschwindigkeit dieser Gasriesen falsch einschätzen.

„Obwohl jetzt mehr solcher Planeten für ein besseres Verständnis benötigt werden, denken wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überdenken müssen“, sagt Zakhozhay. Abschließend sagt Co-Autor Ralf Launhardt vom Max-Planck-Institut für Astronomie: „Am Ende können wir nur sagen, dass wir noch immer nicht sehr viel über die Entstehung von Riesenplaneten verstehen“, sagt der Astronom.

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

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