Neue Entdeckungen entfernter Exoplaneten könnten unser Verständnis davon verändern, wie Planeten im Allgemeinen entstehen und sich entwickeln.
Die vier Gasriesen des Systems HR 8799, aufgenommen vom Keck II-Teleskop
Sogleich stießen zwei neuere Studien zur Erforschung von Exoplaneten auf großes Interesse bei Fachleuten. Die erste, durchgeführt von kanadischen Astronomen unter der Leitung von Christian Marois, wurde am Keck Observatory in Hawaii durchgeführt und enthüllte den vierten Planeten im Sternensystem HR 8799, der etwa 129 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Der Planet HR 8799e entpuppte sich als echter Riese, ein Gasriese wie Jupiter, aber zehnmal schwerer als er - wie übrigens auch die anderen drei uns bekannten Planeten dieses Systems, die entdeckt wurden von demselben Christian Maaru vor zwei Jahren. Dieser war jedoch besonders interessant. Er befindet sich ganz in der Nähe seines Sterns - in einer Entfernung von 14,5 AE. (dh 14,5-mal weiter als die Erde von der Sonne; zum Vergleich dreht sich Saturn in einem Abstand von 9,5 AE von der Sonne und Uranus - 19,6 AE). Andere Planeten dieses Systems sind viel weiter entfernt, bei 24, 38 und 68 AE. Und diese besondere Nähe von HR 8799e zu seinem Stern wirft eine wichtige Frage nach seinem Ursprung auf: Soweit wir das beurteilen können, kann sich in einer solchen Entfernung von einem massereichen Stern kein Gasriese bilden.
Heutige Theorien schlagen zwei mögliche Wege für die Entstehung von Gasplaneten vor. Das erste ist, dass zunächst kleine, dichtere „Klumpen“in der Gas- und Staubwolke erscheinen, die sich über Millionen von Jahren entwickeln, zu riesigen Körpern wachsen, schrumpfen und schließlich den festen Kern des zukünftigen Planeten bilden und aktiv neue anziehen Materie, die die äußeren Gasschichten bildet. Nach der zweiten Version dauert alles viel kürzer, in der Größenordnung von Zehntausenden von Jahren, während der die anfänglich dichten "Klumpen" miteinander verschmelzen und direkt einen Gasplaneten bilden.
Keine der beiden Hypothesen erklärt alle vier Fälle von Gasplaneten im System HR 8799. Modelle, die auf dem ersten von ihnen basieren, führen nicht zum Auftreten der äußeren drei: In dieser Entfernung vom Stern gibt es zu wenig Materie Um den Kern zu verfestigen, könnten langsam kolossale Mengen an Gashüllen gewonnen werden.
Aber die zweite Version kommt mit dem inneren, neu entdeckten Planeten nicht zurecht. Der Teil der anfänglichen Gas- und Staubwolke, der sich so nahe am Stern befand, hätte zu heiß sein und zu schnell rotieren müssen, um die Bildung von "Klumpen" - den Embryonen des Planeten - überhaupt nicht zuzulassen.
Trotzdem ist sich Christian Maru sicher, dass der Mechanismus für alle vier Planeten des Systems gleich sein sollte. Ihm zufolge bedeuten ihre nahen Massen und die Tatsache, dass sie alle durch Orbitalresonanz verbunden sind (d.h. ihre Umlaufzeiten um den Stern sind wie kleine natürliche Zahlen miteinander verbunden), dass sie gleichzeitig entstanden sind - und möglicherweise,, wurden erst nachträglich migriert und nahmen ihre aktuellen Positionen im System ein. Nicht alle sind mit dieser Version einverstanden. Der in Schweden lebende Planetenforscher Melvyn Davies ist nicht geneigt zu glauben, dass Planeten nach ihrer Entstehung gewandert sein könnten. Dies ist jedoch nur der Anfang der jüngsten Geheimnisse.
Ein neues Problem für Planetenwissenschaftler ergibt sich aus einer Studie des Princeton-Astronomen Nikku Madhusudhana
www.astro.princeton.edu/~nmadhu/Nikku_Madhusudhan/Home.html
(Nikku Madhusudhan), das dem bereits bekannten Exoplaneten WASP 12b gewidmet war (über sein trauriges Schicksal haben wir im Artikel „Der Tod eines Riesen“geschrieben). Denken Sie daran, dass dieser Planet auch zur Klasse der Gasriesen gehört, mit 870 Lichtjahren fast doppelt so schwer wie Jupiter ist und ein sechsmal größeres Volumen hat. Also untersuchte Madhusudhan in seiner Arbeit die Zusammensetzung der gasförmigen Atmosphäre von WASP 12b und zeigte, dass sie außergewöhnlich reich an Kohlenstoff und nicht an Sauerstoff ist, wie es für einen solchen Planeten sein sollte.
Der Grund dafür liegt laut dem Wissenschaftler tief in den Eingeweiden von WASP 12b, in seinem festen Kern, der nicht wie die Erde hauptsächlich aus Silizium, sondern aus Kohlenstoff aufgebaut ist. Im poetischen Ausdruck von Madhusudhana erheben sich in der Tiefe Diamant- und Graphitberge, über denen Methandämpfe wirbeln.
Während es nicht möglich ist, Vergleiche zwischen WASP 12b und anderen ähnlichen Planeten anzustellen. Wir wissen zu wenig darüber, wie sich Sauerstoff und Kohlenstoff verh alten und in welchen Mengen selbst auf den Gasriesen des Sonnensystems vorhanden sind. Das einzige uns zur Verfügung stehende Analogon ist Jupiter, aber es gibt auch keine solchen Daten für Jupiter, und es ist völlig unverständlich, wie man sie erhält. Tatsache ist, dass für solche Studien spektroskopische Beobachtungen verwendet werden, aber der Löwenanteil des Sauerstoffs auf Jupiter existiert in Wassermolekülen. Und der Planet ist zu k alt, Wasser aus der Atmosphäre kondensiert und fällt in die tieferen Schichten, wodurch er für eine direkte Beobachtung unzugänglich wird.
