Rätselhafter Gasriese um HD 114082
Astronomen haben um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 einen Riesenplaneten entdeckt. Der nur 15 Millionen Jahre alte Jupiter ist der kleinste Planet seiner Art mit einem definierten Radius und einer definierten Masse. Beide Größen sind jedoch nur schwer mit dem weithin akzeptierten Modell der Sternentstehung in Einklang zu bringen.
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Die Darstellung dieses Künstlers zeigt ein Dutzend Riesenplaneten, die einen sonnenähnlichen Stern umkreisen. Der Asteroid HD 114082 b umkreist einen sonnenähnlichen Stern in 110 Tagen in einem Abstand von 0,5 AE. [Groansicht] |
Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 Prozent Gasriesen mit mindestens der Masse des Jupiter sind. Jetzt hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und der Hauptsternwarte der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine in Kiew einen Exoplaneten namens HD 114082 b entdeckt, der viele Eigenschaften aufweist. Das bringt Wissenschaftler zum Nachdenken.
Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, aber seine Masse ist bis zu achtmal so groß wie die von Jupiter. „Im Vergleich zu derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal dichter für einen Gasriesen, der nur 15 Millionen Jahre alt ist“, sagte Zakhozhay. Die durchschnittliche Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was wirklich bemerkenswert ist. Schließlich ist die Erde ein Gesteinsplanet mit einem Nickel-Eisen-Kern und enthält weder Wasserstoff noch Helium, die leichtesten Elemente des Universums, aus denen Jupiter fast ausschließlich besteht.
„HD 114082 b ist derzeit nach Masse und Radius der jüngste bekannte Gasriese“, sagte Zakhozhay. Deshalb versprach 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 kommen in protoplanetaren Schichten aus Gas und Staub vor, die sich um den jungen Wirtsstern ausbreiten.“ Beim ersten Prozess, der „Kernakkretion“ genannt wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus felsigem Material an. Wenn es Masse erreicht, zieht seine Schwerkraft das umgebende Gas an, was zur schnellen Ansammlung von Wasserstoff und Helium führt und einen riesigen Planeten schafft. In einem zweiten Prozess, der als „Scheibeninstabilität“ bezeichnet wird, kollabiert ein instabiles Bündel aus dichtem Gas sofort durch Gravitation und bildet einen riesigen Planeten ohne felsigen Kern.
Gemäß der für diese beiden Szenarien aufgestellten Hypothese sollte das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur des Gasasteroiden bestimmt. Daher kann der neue Planet einen “Kaltstart” oder einen “Heißstart” erfahren, was zu beobachtbaren Unterschieden führt, die diese Formen unterscheiden können, insbesondere in der Jugend.
Derzeit bevorzugen viele Astronomen das beschleunigte Szenario mit einem heißen Start für einen Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da das heiße Gas ein größeres Volumen einnimmt als das kalte Gas, sollte man einen merklichen Unterschied in der Größe der beobachteten Planeten feststellen. Dieser Größenunterschied ist bei jungen Planeten ausgeprägter. Während der ersten hundert Millionen Jahre der Abkühlung nach der Entstehung ließ dieser Effekt jedoch nach. Auf den ersten Blick HD 114082 b wider Erwarten. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht ins Bild eines Heißstarts. Stattdessen entspricht es einer sehr kalten Startsituation.
Interessanterweise zeigten etwas ältere Kandidaten aus anderen Studien das gleiche Verhalten. „Es ist noch zu früh, die Idee eines heißen Starts aufzugeben“, erklärte Launhardt. “Was wir sagen können, ist, dass wir die Entstehung von Riesensternen immer noch nicht sehr gut verstehen.” Es ist klar, dass HD 114082 b für seine Masse im Vergleich zum aktuellen Modell zu klein ist. Entweder gibt es ungewöhnlich große feste Kerne, oder die Modelle sind falsch und sagen die Geschwindigkeit voraus, mit der diese Gase abkühlen können, oder beides.
Die Entdeckung von HD 114082 b ist das Ergebnis eines umfangreichen Beobachtungsprojekts namens RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets around Young Stars). Es besteht nun aus 775 Stunden Beobachtungen mit dem 2,2-Meter-Teleskop ESO/MPG des MPIA an der Europäischen Südsternwarte (ESO) La Silla in Chile, verteilt über 4,5 Jahre. RVSPY ist ein gutes Beispiel für astronomische Hochdurchsatzforschung, die an Teleskopen mit dauerhaftem Langzeitzugang durchgeführt wird. Mit den neusten Teleskopen sind solche Studien kaum möglich, da die Beobachtungszeit pro Projekt aufgrund der hohen Nachfrage sehr begrenzt ist.
Der Zweck von RVSPY besteht darin, die Anzahl und Verteilung von Riesenplaneten (heiß, warm und kalt) um junge Sterne herum aufzudecken. Dazu haben Astronomen eine Zeitreihe von Spektren von 111 jungen Sternen aufgenommen, das heißt, sie zerlegten das Sternenlicht in seine grundlegenden Farbbestandteile, ähnlich wie wir es im Regenbogen sehen. Kleine periodische Veränderungen in den Sternen können beobachtbare stellare Schwankungen darstellen, die durch die Anziehungskraft umlaufender Planeten verursacht werden. Im Allgemeinen kann die Aktivität von Sternen, wie Tanzen oder Fackeln, die Messungen beeinflussen, insbesondere bei jungen Sternen wie HD 114082. Die Qualität der RVSPY-Daten ist jedoch gut genug, um das Signal des schwankenden Sterns eindeutig zu identifizieren. Das Team kombinierte auch archivierte Daten von anderen Teleskopen, um die Abdeckung in die Vergangenheit zu erweitern.
Während Astronomen diese Radialgeschwindigkeitsmethode verwenden, um auf die Masse und Umlaufzeit des Sterns um seinen Wirtsstern zu schließen, müssen sie eine andere Technik verwenden, um seine Größe zu bestimmen: die Transitmethode. Es beobachtet eine kleine Sonnenfinsternis als die Phase des Sterns, an der der Stern vor dem Stern vorbeizieht. „Wir vermuteten bereits, dass die Orbitalkonfiguration des Planeten fast auf der Seite liegt, seit der Staubring um HD 114082 vor einigen Jahren entdeckt wurde“, sagte Zakhozhay. „Wir hatten jedoch das Glück, in den TESS-Daten Beobachtungen mit beeindruckenden Transportlichtkurven zu finden, die unsere Analyse verbesserten.“
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 ihre Kollegen heraus, dass HD 114082 b die Sonne wie sein Mutterstern alle 110 Tage in einem Abstand von etwa 0,5 AE umkreist. Eine astronomische Einheit ist die Entfernung zwischen Sonne und Erde. Daher ähnelt es der Umlaufbahn des Merkur um unsere Sonne.
HD 114082 b ist einer von nur drei bis zu 30 Millionen Jahre alten Asteroiden mit bekannter Masse und Größe. Und alle neigen dazu, dem am häufigsten akzeptierten Heißstartmuster zu widersprechen. Obwohl Astronomen die niedrigere Zahlenstatistik mit den drei Planeten verwenden, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten Ausreißer sind. „Obwohl mehr Planeten benötigt werden, um diesen Trend zu bestätigen, glauben wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überdenken sollten“, sagte Zakhozhay. „Es ist aufregend, dass unsere Beobachtungsergebnisse in die Theorie der Planetenentstehung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese riesigen Planeten entstehen, und zeigen uns, wo die Lücken in unserem Verständnis sind.“
Das Team berichtet über die Beobachtung von HD 114082 b in einem in der Zeitschrift veröffentlichten wissenschaftlichen Artikel. Astronomie & Physik erschien.
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Far Worlds – astronews.com berichtet über die Suche nach extrasolaren Planeten |
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