Ein mysteriöser Gasriese um HD 114082
Astronomen haben einen riesigen Planeten um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt. Dieser nur 15 Millionen Jahre alte Superjupiter ist der jüngste Exoplanet seiner Art mit einem definierten Radius und einer definierten Masse. Beide Größen sind jedoch schwer mit allgemein akzeptierten Modellen der Planetenentstehung in Einklang zu bringen.
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Die Arbeit des Künstlers zeigt einen Gasriesen-Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der junge Exoplanet HD 114082 b umkreist seinen sonnenähnlichen Stern im Abstand von 0,5 AE in 110 Tagen. [Groansicht] |
Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 Prozent Gasriesen mit mindestens der Masse des Jupiter sind. Ein Team von Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und der Hauptsternwarte der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine unter der Leitung von Olga Zakhozhay in Kiew entdeckte einen Exoplaneten namens HD 114082 b, der viele Eigenschaften hat. die Wissenschaftler zum Nachdenken anregen.
Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, hat aber die achtfache Masse des Jupiters. „Im Vergleich zu derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen, der nur 15 Millionen Jahre alt ist“, sagt Zakhozhay. Die resultierende durchschnittliche Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was wirklich bemerkenswert 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 derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer bestimmten Masse und einem bestimmten Radius“, sagte Zakhozhay. Daher verspricht er, Astronomie allgemein über die Entstehung von Gasriesen zu unterrichten. „Wir denken, dass Riesenplaneten auf zwei Arten entstehen können“, erklärt Ralf Launhardt vom MPIA. „Beide finden in einer Scheibe aus protoplanetarem Gas und Staub statt, die sich um einen jungen Wirtsstern ausbreitet.“ Beim ersten Prozess, der „Kernakkretion“ genannt wird, wird zunächst ein fester Gesteinskern akkretiert. Sobald es eine kritische Masse erreicht, zieht seine Anziehungskraft das umgebende Gas an, was zu einer schnellen Akkretion von Wasserstoff und Helium führt und einen riesigen Planeten schafft. Beim zweiten Prozess, der als „Platteninstabilität“ bezeichnet wird, kollabieren gravitativ instabile Bündel aus dichtem Gas sofort und bilden einen riesigen Planeten ohne Gesteinskern.
Abhängig von den Annahmen dieser beiden Szenarien muss das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur der jungen Gasriesenplaneten bestimmt. So können neue Planeten einen „Kaltstart“ oder einen „Warmstart“ erfahren, was zu beobachtbaren Unterschieden führen kann, die diese Modelle besonders in jungen Jahren unterscheiden können.
Derzeit bevorzugen viele Astronomen das Selbstakkretionsszenario für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da heißes Gas ein größeres Volumen einnimmt als kaltes Gas, gibt es deutliche Unterschiede in der Größe der beobachteten Planeten. Dieser Größenunterschied ist auf jungen Planeten ausgeprägter. Dieser Effekt nimmt jedoch während der ersten hundert Millionen Jahre der Abkühlung nach der Formation ab. Auf den ersten Blick widerspricht HD 114082 b den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht ins Bild eines Heißstarts. Stattdessen gleicht es eher einem Kaltstartszenario.
Interessanterweise zeigen einige etwas ältere Kandidaten aus anderen Studien das gleiche Verhalten. „Es ist noch zu früh, die Idee eines heißen Starts aufzugeben“, erklärt Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten noch nicht wirklich verstehen.“ Es ist klar, dass der HD 114082 b im Vergleich zu aktuellen Modellen zu klein für seine Masse ist. Entweder hat es einen ungewöhnlich großen festen Kern, oder die Modelle liegen falsch und unterschätzen die Geschwindigkeit, mit der diese Gasriesen abkühlen, 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 derzeit 775 Stunden Beobachtungen mit dem vom MPIA betriebenen 2,2-m-ESO/MPG-Teleskop am Standort der Europäischen Südsternwarte (ESO) in La Silla, Chile, über einen Zeitraum von 4,5 Jahren. RVSPY ist ein gutes Beispiel für astronomische Hochdurchsatzforschung, die über lange Zeiträume an Teleskopen mit festem Zugang durchgeführt wird. Mit den neuesten Teleskopen wären solche Untersuchungen kaum möglich, da die Beobachtungszeit pro Projekt aufgrund der hohen Nachfrage sehr begrenzt ist.
RVSPY zielt darauf ab, die Anzahl und Verteilung von Riesenplaneten (heiß, heiß und kalt) um junge Sterne herum aufzudecken. Dazu nehmen Astronomen die Zeitreihen der Spektren von 111 jungen Sternen auf, zerlegen also das Sternenlicht in seine Farbgrundbestandteile, ähnlich wie wir es in einem Regenbogen sehen. Kleine periodische Verschiebungen in Sternspektren können auf Schwankungen im beobachteten Stern hinweisen, die durch die Anziehungskraft eines umlaufenden 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 das wackelnde Sternsignal eindeutig zu identifizieren. Das Team nutzte auch ältere Archivdaten von anderen Teleskopen, um in die Vergangenheit zurückzugreifen.
Während Astronomen diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode verwenden, um die Masse und Umlaufzeit eines Planeten um seinen Zentralstern zu bestimmen, müssen sie auf eine andere Methode zurückgreifen, um seine Größe zu bestimmen: die Transitmethode. Beobachtet die periodische leichte Verdunkelung eines Sterns durch einen Planeten, der vor dem Stern vorbeizieht. „Wir vermuteten bereits eine fast seitenverkehrte Konfiguration der Umlaufbahn des Planeten, seit vor einigen Jahren ein Staubring um HD 114082 entdeckt wurde“, sagt Zakhozhay. „Wir hatten jedoch das Glück, in den TESS-Daten eine Beobachtung zu finden, die unsere Analyse um eine faszinierende Transitlichtkurve bereicherte.“
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 AE umkreist. Eine astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Sonne und Erde. Sie ähnelt damit der Umlaufbahn des Merkur um die Sonne.
HD 114082 b ist einer von nur drei jungen Riesenplaneten, die weniger als 30 Millionen Jahre alt sind und deren Masse und Größe bekannt sind. Und wahrscheinlich widersprechen sie alle den am häufigsten akzeptierten Hot-Start-Modellen. Obwohl Astronomen niedrige Zahlen für drei Planeten verwenden, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten Ausreißer sind. „Obwohl mehr solcher Planeten benötigt werden, um den Trend zu bestätigen, denken wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überdenken sollten“, sagte Zakhozhay. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungsergebnisse in die Theorie der Planetenentstehung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen über die Entstehung dieser Riesenplaneten zu erweitern und zeigen, wo es Lücken in unserem Verständnis gibt.“
Das Team berichtet über seine Beobachtungen von HD 114082 b in einer wissenschaftlichen Arbeit, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Astronomie und Astrophysik erschien.
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Distant Worlds – die Berichterstattung von astronews.com über die Suche nach Planeten außerhalb des Sonnensystems |
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