#Erstaunlicher Riesenplanet eines Zwergsterns entdeckt

Er widerspricht bisherigen Annahmen zur Planetenentstehung: Astronomen haben einen überraschend massereichen Planeten im engen Orbit um einen sehr kleinen Stern entdeckt. Der Exoplanet besitzt mindestens die 13-fache Masse der Erde und umkreist in nur 3,7 Tagen einen kühlen Zwergstern, der neunmal kleiner ist als die Sonne. Modellsimulationen zufolge müsste die Materiemenge in der zirkumstellaren Scheibe, aus der dieser Planet hervorgegangen ist, viel größer gewesen sein, als es bisher bei massearmen Sternen beobachtet wurde.

Normalerweise gilt in Sternsystemen die Regel: Je größer die stellare Mutter, desto massereicher sind auch ihre planetaren Kinder. Denn sowohl der Stern als auch die Planeten bilden sich aus einem gemeinsamen Vorrat an Ausgangsmaterial: Nachdem der Stern durch Ansammlung von Gas und Staub entstanden ist, wird aus seiner zirkumstellaren Scheibe schließlich das Reservoir für die Bildung seiner Planeten. Die Masse des Materials steht dabei in einem typischen Verhältnis zu der des Sterns. Deshalb besitzen die Planeten von sehr kleinen Sternen normalerweise verhältnismäßig geringe Massen. Dazu passen auch bisherige Beobachtungsdaten von protoplanetaren Scheiben um die sogenannten ultrakühlen Zwergsterne. Vor diesem Hintergrund erscheint die aktuelle Entdeckung eines internationalen Astronomenteams nun so überraschend.

Planeten stellarer Winzlinge auf der Spur

Die Astronomen um Guðmundur Stefánsson von der Princeton University sind auf die Suche nach Planeten um ultrakühle Zwergsterne spezialisiert: Sie setzten dazu den sogenannten „Habitable Zone Planet Finder“ ein – einen astronomischen Spektrographen, der am Hobby-Eberly Telescope des McDonald Observatorys in Texas installiert ist. Im Visier der Wissenschaftler stehen möglicherweise lebensfreundliche Kleinplaneten im Orbit um die Zwergsterne. Um flüssiges Wasser zu ermöglichen, müssen sie sehr nah um ihre Sterne kreisen, damit sie genügend von der schwachen Strahlung abbekommen.

Dieser geringe Abstand führt in Kombination mit der geringen Masse der ultrakühlen Sterne zu einem Signal, das der Habitable Zone Planet Finder detektieren kann: Die Anziehungskraft des Planeten beeinflusst die Bewegung des Sterns, was sich in subtilen Änderungen seines Lichtspektrums widerspiegelt. Die Messung der sogenannten Radialgeschwindigkeit ermöglicht auch Rückschlüsse auf die Umlaufzeit sowie die Masse des Planeten. Im aktuellen Fall stand nun der ultrakühle Zwergstern mit der Bezeichnung LHS 3154 im Fokus des Wissenschaftlerteams. Er besitzt etwa neunmal weniger Masse als unsere Sonne.

Eine schwere Überraschung

Wie aus den Daten des Habitable Zone Planet Finders hervorging, umkreist ihn tatsächlich ein Planet in nur 3,7 Tagen. Doch es handelt sich dabei nicht etwa um einen kleinen Gesteinsplaneten: Die Berechnungsergebnisse zur Masse ergaben mindestens das 13-fache der Erde. Der Planet LHS 3154b ist somit fast so schwer wie unser Neptun. Dieses Verhältnis von Stern- zu Planetenmasse übertrifft damit alles bisher Bekannte um das Doppelte. „Einen derart massereichen Planeten um einen so massearmen Stern zu entdecken, hatten wir nicht erwartet“, sagt Co-Autor Suvrath Mahadevan von der Pennsylvania State University in University Park.

Den Autoren zufolge fällt es schwer, die Existenz dieses planetaren Riesen auf der Grundlage der aktuellen Annahmen zur Planetenentstehung, zu erklären. Auch aus ihren Modellsimulationen zu den möglichen Bildungsmechanismen im LHS 3154-System geht dies hervor: Die Materialmenge, aus der LHS 3154b hervorgegangen ist, müsste demnach mindestens zehnmal größer gewesen sein, als es bisher bei protoplanetaren Scheiben von massearmen Sternen festgestellt wurde.

„Den Erwartungen zufolge wäre also eigentlich nicht genug feste Masse dagewesen, um diesen Planeten zu bilden“, sagt Mahadevan. „Aber er ist da draußen – möglicherweise müssen wir also jetzt unser Verständnis darüber, wie Planeten und Sterne entstehen, noch einmal überprüfen. Erneut wird deutlich, wie wenig wir eigentlich noch über das Universum wissen“, so der Wissenschaftler abschließend.

Quelle: Pennsylvania State University, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.abo0233

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