Portrait eines Jungplaneten – wissenschaft.de

Obwohl Astronomen schon tausende von extrasolaren Planeten entdeckt haben, sind Abbildungen sehr junger, gerade erst entstandener Exoplaneten noch immer eine Rarität. Jetzt ist es einem Forschungsteam gelungen, einen der bisher jüngsten und kleinsten Jungplaneten zu beobachten. Mithilfe der Infrarot-Optiken des W. Keck-Observatoriums auf Hawaii entdeckten sie um einen jungen, rund 400 Lichtjahre entfernten Roten Zwerg einen drei bis fünf Jupitermassen schweren, maximal 2,5 Millionen Jahre alten Gasplaneten. Er ist einer der wenigen bisher direkt fotografierten Jungplaneten und der leichteste seiner Altersklasse, wie das Team erklärt.

Vom fast sternengroßen Gasriesen bis zum steinigen Erdzwilling: Im Laufe der letzten Jahre haben Astronomen tausende von extrasolaren Planeten entdeckt, darunter auch viele in Planetensystemen gruppierten ähnlich dem unsrigen. Doch wie Planeten entstehen, ist noch immer mit vielen Fragen behaftet. Einer der Gründe dafür: Bisher ist es Astronomen nur sehr selten gelungen, gerade entstehende Planeten zu beobachten. In einigen Fällen verraten nur Lücken in den protoplanetaren Gas- und Staubscheiben, dass dort gerade ein Planetenembryo heranwächst. In anderen Fällen gelang zwar die direkte Abbildung eines Jungplaneten, in diesen sehr wenigen Glücksfällen waren die Jungplaneten oft extrem groß und weit von ihren Sternen entfernt. Meist gelang dann die Abbildung, weil diese Jungplaneten noch relativ heiß sind und daher Infrarotstrahlung aussenden.

Infrarot-Fleck erweist sich als Jungplanet

Einen solchen Jungplaneten haben nun auch Astronomen um Eric Gaidos von der University of Hawaii in Manoa aufgespürt. Sie waren einer 2018 bei der Beobachtung des rund 400 Lichtjahre entfernten Roten Zwergs 2M0437 entdeckten Auffälligkeit nachgegangen. Der erst 2,5 Millionen Jahre alte Stern liegt in der Taurus-Sternbildungsregion und ist mit nur 0,15 bis 0,18 Sonnenmassen sehr klein. Bei Infrarot-Beobachtungen mit dem Subaru-Teleskop auf Hawaii hatten Astronomen in seinem Umfeld einen weiteren hellen Fleck entdeckt, dessen Natur jedoch unklar blieb. Gaidos und sein Team haben diesen Fleck nun mit den leistungsstarken adaptiven Optiken der W. Keck-Teleskope auf dem Mauna Kea näher untersucht. Über drei Jahre hinweg analysierten sie dabei die Bewegung des Sterns und seines Begleiters.

„Dank der hervorragenden Daten des Keck-Observatoriums konnten wir nachweisen, dass sich dieser schwach leuchtende Nachbar zusammen mit dem Stern durchs All bewegt und daher ein echter Trabant ist“, erklärt Co-Autor Adam Kraus von der University of Texas in Austin. Nähere Analysen ergaben, dass der 2M0437b getaufte Exoplanet drei bis fünf Jupitermassen schwer ist und seinen Zentralstern im Abstand von rund 100 astronomischen Einheiten umkreist. Zum Vergleich: Der Neptun in unserem Sonnensystem ist rund 30 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. „Diese Entdeckung erweitert die elitäre Liste der wenigen Exoplaneten, die wir direkt mit unseren Teleskopen beobachten können“, sagt Gaidos. „Indem wir das Licht von diesem Planeten analysieren, können wir etwas über seine Zusammensetzung erfahren und vielleicht auch, wo und wie er sich in der lange verschwundenen Gas- und Staubscheibe um seinen Zentralstern bildete.“

Kleinster seiner Altersklasse

Aus den Beobachtungen geht hervor, dass der junge Gasriese rund
1120 bis 1220 Grad heiß ist und demnach noch eine starke Anfangshitze ausstrahlt. Diese Tatsache und das geringe Alter seines Zentralsterns sprechen dafür, dass auch der Planet 2M0437b noch sehr jung sein muss, wie das Team erklärt. Sie schätzen, dass der Jungplanet maximal 2,5 Millionen Jahre alt ist, wahrscheinlich aber noch jünger. 2M0437b ist damit der bisher kleinste in einem so jungen Alter direkt beobachtete Exoplanet. „Es gibt bisher nur vier direkt abgebildete Jungplaneten, deren Massen vergleichbar oder geringer sind als die von 2M0437b – und alle vier sind älter“, schreiben die Astronomen. Die Beobachtung so junger Planeten sei deshalb besonders interessant, weil man an ihnen nachvollziehen kann, wie solche Gasriesen entstehen.

Nach gängiger Lehrmeinung können Planeten auf zwei Arten gebildet werden: Bei der Akkretion wachsen Planetenkerne langsam durch allmähliche Anlagerung erst kleinerer, dann größerer Brocken heran. Diesem Prozess haben die Erde und andere terrestrische Planeten, aber möglicherweise auch die festen Kerne der Gasplaneten ihre Entstehung zu verdanken. Allerdings dauert die Akkretion einige Zeit und ist umso langwieriger, je weiter außen ein Planetenembryo kreist, weil dort die Materialdichte in der Urwolke geringer ist. Der zweite Entstehungsweg ist der lokale Kollaps der Urwolke: Teile des Gases fallen unter dem Druck der eigenen Schwerkraft in sich zusammen und im Zentrum kondensiert dadurch Material zu einem Planeten. Diese Fragmentierung der protoplanetaren Scheibe geht relativ schnell und wird vor allem für die Bildung von großen Gasriesen diskutiert.

Der jetzt entdeckte Jungplanet 2M0437b passt allerdings zu keiner dieser beiden Theorien. „Er ist eine Herausforderung für beide führenden Theorien zur Planetenbildung“, erklären die Forscher. Er ist zu jung und kreist zu weit außen, um durch die Akkretion entstanden zu sein. Andererseits war die Gas- und Staubscheibe um seinen kleinen Stern wahrscheinlich gar nicht massereich genug, um ihn durch einen Kollaps gebildet zu haben.“ Wie dieser junge Planet entstand, ist demnach noch rätselhaft.

Quelle: Eric Gaidos (University of Hawaii, Manoa) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, accepted; arXiv:2110.08655

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