Faszination Universum - Rätselhafter Jung-Planet entdeckt
Von: mm/f24.ch
Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Olga Zakhozhay vom MPIA hat einen Riesenplaneten um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt. Mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren ist dieser Super-Jupiter der jüngste Exoplanet seiner Art, für den die Astronomen seinen Radius und seine Masse bestimmen konnten. Die Ergebnisse erschienen in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics.
Diese künstlerische Darstellung zeigt einen Gasriesen-Exoplaneten, der um einen sonnenähnlichen Stern kreist. Der junge Exoplanet HD 114082 b umrundet seinen sonnenähnlichen Stern innerhalb von 110 Tagen in einem Abstand von 0,5 Astronomischen Einheiten (74'798'935 km). (Foto: © NASA/JPL-Caltech)
Astronomen haben mehr als 5‘000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15% Gasriesen mit einer Masse von mindestens der des Jupiters sind. Nun entdeckte eine Gruppe von Astronomen und Astronominnen unter der Leitung von Olga Zakhozhay (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland, und Astronomisches Hauptobservatorium der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Kiew) im Sternbild Zentaur einen 310 Lichtjahre von der Erde entfernten Exoplaneten mit dem Namen HD 114082 b, der eine Reihe von Eigenschaften aufweist, die den Wissenschaftlern Kopfzerbrechen bereiten.
Der Planet ist etwa so gross wie der Jupiter, aber seine Masse erreicht acht Jupitermassen. „Verglichen mit derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von „nur“ fünfzehn Millionen Jahren“, sagt Olga Zakhozhay, die Hauptautorin der Studie.
Die sich daraus ergebende mittlere 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 im Universum, aus denen Jupiter nahezu ausschliesslich aufgebaut ist.
„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer ermittelten Masse und einem ermittelten Radius“, so Zakhozhay. Daher verspricht er, den Astronomen etwas über die Entstehung von Gasriesen im Allgemeinen zu lehren.
Zwei verschiedene Mechanismen der Planetenentstehung
„Wir denken, dass sich Riesenplaneten auf zwei Arten bilden können“, sagt Ralf Launhardt, Mitautor vom MPIA. „Beide finden innerhalb einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub statt, die sich um einen jungen Zentralstern verteilt.“ Beim ersten Prozess, der als „Kernakkretion“ bezeichnet wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus Gesteinsmaterial an.
Sobald dieser eine kritische Masse erreicht hat, zieht seine Gravitationskraft das umgebende Gas an, was zur raschen Anhäufung von Wasserstoff und Helium führt, wodurch ein Riesenplanet entsteht. Beim zweiten Vorgang, der „Scheibeninstabilität“ genannt wird, kollabieren gravitativ instabile Pakete aus dichtem Gas direkt und bilden einen Riesenplaneten ohne Gesteinskern.
Je nach den für diese beiden Szenarien getroffenen Annahmen sollte das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur junger Gasriesenplaneten bestimmt. Daher können die neuen Planeten einen „kalten Beginn“ oder einen „heissen Beginn“ durchlaufen, was zu beobachtbaren Unterschieden führt, die möglicherweise zwischen diesen Modellen unterscheiden können, insbesondere in jungen Jahren.
Die bevorzugten Modelle passen nicht
Derzeit bevorzugen viele Astronomen und Astronominnen ein Kernakkretions-Szenario mit einem heissen Beginn für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da heisses Gas ein grösseres Volumen einnimmt als kaltes Gas, sollte man merkliche Unterschiede in den Grössen der beobachteten Planeten feststellen. Dieser Grössenunterschied ist bei jungen Planeten stärker ausgeprägt. In den ersten Hunderten von Millionen Jahren der Abkühlung nach der Entstehung verringert sich dieser Effekt jedoch.
Auf den ersten Blick widerspricht HD 114082 b den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Grösse passt nicht zum Bild des heissen Beginns. Stattdessen entspricht er eher dem Szenario des kalten Beginns. Interessanterweise zeigen einige etwas ältere Kandidaten, die in anderen Studien genannt wurden, das gleiche Verhalten.
„Es ist viel zu früh, um die Vorstellung eines heissen Anfangs aufzugeben“, erklärt Ralf Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten noch nicht sehr gut verstehen.“ Es ist klar, dass HD 114082 b im Vergleich zu den aktuellen Modellen zu klein für seine Masse ist. Entweder hat er einen ungewöhnlich grossen festen Kern, oder die Modelle sind falsch und unterschätzen die Rate, mit der diese Gasriesen abkühlen können – oder beides.
Bessere Modelle werden benötigt
HD 114082 b ist einer von nur drei jungen Riesenplaneten mit einem Alter von bis zu 30 Millionen Jahren, deren Masse und Grösse bekannt sind. Und alle stehen wahrscheinlich im Widerspruch zu den am häufigsten angenommenen Modellen für den heissen Beginn. Obwohl die Astronomen und Astronominnen mit drei Planeten auf eine Statistik mit niedrigen Zahlen zurückgreifen, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten Ausreisser sind.
„Zwar werden mehr solcher Planeten benötigt, um diesen Trend zu bestätigen, aber wir glauben, dass Theoretiker ihre Berechnungen erneut überdenken sollten“, so Zakhozhay. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungsergebnisse in die Theorie der Planetenbildung einfliessen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese Riesenplaneten entstehen, und zeigen uns, wo die Lücken in unserem Verständnis liegen.“
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