Er ist wahrscheinlich nur etwa 15 Millionen Jahren alt: Astronomen berichten über den bisher jüngsten bekannten Gasriesenplaneten, von dem Masse und Radius ermittelt werden konnten. Diese Werte wirken allerdings erstaunlich: Der Planet HD 114082 b besitzt ähnliche Ausmaße wie der Jupiter, doch er ist achtmal massereicher als der Gasriese unseres Sonnensystems. Diese Merkmalskombination ist schwer mit bisherigen Annahmen zu Entstehung dieser Art von Planeten zu vereinbaren. Möglicherweise müssen die entsprechenden Modelle angepasst werden, sagen die Wissenschaftler.

Mehr als 5000 Planeten, die um ferne Sterne kreisen, haben Astronomen schon entdeckt. Deshalb richtet sich der Fokus mittlerweile auf die besonders interessanten Exemplare. Das Astronomen-Team um Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg nimmt dabei die Kategorie der Gasriesen mit einer Masse von mindestens der des Jupiters ins Visier. Sie repräsentieren immerhin 15 Prozent der bisher entdeckten Exoplaneten. Konkret interessieren sich die Wissenschaftler für besonders junge Exemplare, da ihre Merkmale möglicherweise Hinweise auf planetare Entstehungsprozesse liefern können.

Junge Systeme im Visier

Zu der aktuellen Entdeckung haben Untersuchungen im Rahmen des Beobachtungsprogramms „RVSPY“ (Radial Velocity Survey for Planets around Young stars) geführt. Dabei spüren die Astronomen Exoplaneten mittels der Radialgeschwindigkeits-Methode auf. Winzige periodische Verschiebungen in den Spektren des Sternenlichts können dabei auf eine Taumelbewegung des beobachteten Sterns hinweisen, die durch die Anziehungskraft eines ihn umkreisenden Planeten verursacht wird. So lassen sich die Trabanten nicht nur erkennen: Die Daten ermöglichen auch Rückschlüsse auf die Masse eines Exoplaneten. Durch das Verfahren stießen die Wissenschaftler nun auf einen Planeten um den Stern HD 114082. Es handelt sich dabei um ein sehr junges System: Es besitzt früheren Untersuchungen zufolge noch eine Scheibe aus Gas und Staub. Die Astronomen schätzen daher das Alter des Planeten HD 114082 b auf nur etwa 15 Millionen Jahre.

Während die Radialgeschwindigkeits-Methode die Masse und die Umlaufzeit des Planeten aufzeigen konnte, mussten die Forscher zur Bestimmung seiner Größe auf die Transit-Methode zurückgreifen. Sie wurde dabei durch Daten der NASA-Raumsonde TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ermöglicht. Auf der Grundlage der periodisch auftretenden winzigen Abschwächung des Lichts während der Passage des Planeten vor seinem Stern ließ sich der Radius des Himmelskörpers berechnen und seine Umlaufdauer genauer bestimmen. Durch die Kombination der Methoden konnten Zakhozhay und ihre Kollegen HD 114082 b dann schließlich genauer beschreiben.

Erstaunlich dicht

„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer ermittelten Masse und einem ermittelten Radius“, sagt Zakhozhay. Daher könnte er den Astronomen Informationen über die Entstehung von Gasriesen im Allgemeinen liefern. Die konkreten Befunde erschienen dabei allerdings überraschend: Der Planet ist etwa so groß wie der Jupiter, aber seine Masse liegt bei acht Jupitermassen. Die sich daraus ergebende mittlere Dichte dieses Planeten ist doppelt so hoch wie die der Erde. Das wirkt erstaunlich, denn die Erde ist ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern. Jupiter besteht hingegen neben einem vergleichsweise kleinen Gesteinskern zum Großteil aus den leichten Elementen Wasserstoff und Helium.

Wie die Forscher erklären, passt die Merkmalskombination HD 114082 b nicht zu den gängigen Annahmen zur Entstehung dieser Art von Planeten. Man nimmt an, dass sich Riesenplaneten auf zwei Arten bilden können: Bei einem Vorgang, der „Scheibeninstabilität“ genannt wird, kollabieren in der protoplanetaren Scheibe gravitativ instabile Pakete aus dichtem Gas direkt und bilden einen Riesenplaneten ohne Gesteinskern. Im anderen Fall, der als „Kernakkretion“ bezeichnet wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus Gesteinsmaterial an. Sobald dieser eine kritische Masse erreicht hat, zieht seine Gravitationskraft dann große Mengen von Wasserstoff- und Heliumgas an, wodurch ein Riesenplanet entsteht. Dieser Prozess hat offenbar zur Bildung von HD 114082 b geführt.

Lücken im Verständnis

Wie er eine so hohe Dichte erreichen konnte, erscheint allerdings unklar. Derzeit geht man bei dem Kernakkretions-Szenario auch von einem „heißen Beginn“ aus: Das angesammelte Gas besitzt demnach eine hohe Temperatur und somit auch große Ausdehnung. Zu dieser Annahme scheint die Kombination aus Masse und Größe von HD 114082 b allerdings nicht zu passen. „Verglichen mit derzeit akzeptierten Modellen ist der Planet etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, resümiert Olga Zakhozhay. Den Wissenschaftlern zufolge bedeutet das letztlich: Entweder konnte der Planet durch unklare Prozesse einen ungewöhnlich großen festen Kern ansammeln und/oder die Rate, mit der diese Gasriesen abkühlen können, wird falsch eingeschätzt.

„Es sind nun zwar mehr solcher Planeten nötig, um für besseres Verständnis zu sorgen, aber wir glauben, dass Theoretiker ihre Berechnungen erneut überdenken sollten“, sagt Zakhozhay. Abschließend sagt Co-Autor Ralf Launhardt vom Max-Planck-Institut für Astronomie dazu: „Wir können letztlich nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten noch nicht sehr gut verstehen“, so der Astronom.

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

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