Sind Sterne zwangsläufig massereicher als Planeten? Dieser „verbotene“ Planet bricht mit Stereotypen!

Dieser „verbotene“ Exoplanet ist zu massiv für seinen Stern

„Diese Entdeckung macht uns bewusst, wie oberflächlich unser Verständnis des Universums ist. Wir hätten nicht mit der Existenz eines so schweren Planeten um einen so massearmen Stern gerechnet.“

Bild eines massereichen Planeten, der einen massearmen Stern umkreist

(Bildnachweis: Pennsylvania State University)

Astronomen haben außerhalb unseres Sonnensystems einen massereichen Planeten (einen sogenannten „Exoplaneten“) entdeckt, der einen ultrakühlen Zwergstern umkreist, der zu klein ist, um eine solche Welt zu beherbergen. Dies stellt die Modelle der Wissenschaftler zur Entstehung von Planeten und Planetensystemen in Frage.

Der Planet mit der Bezeichnung LHS 3154 b hat die 13-fache Masse der Erde, was bedeutet, dass er eine ähnliche Masse wie der Eisriese unseres Sonnensystems, Neptun, hat, aber er umkreist in enger Umlaufbahn einen kleinen Zwergstern, der neunmal weniger Masse hat als unsere Sonne.

Dies bedeutet, dass das Massenverhältnis zwischen dieser neptunähnlichen Welt und ihrem Mutterstern – LHS 3154, der etwa 51 Lichtjahre entfernt liegt – 100 Mal so groß ist wie das Massenverhältnis zwischen Erde und Sonne, was die Forscher für unmöglich gehalten hatten. Dies ist das erste Mal, dass im Universum ein Planet dieser Masse um einen kleineren Stern entdeckt wurde.

„Diese Entdeckung macht uns wirklich klar, wie wenig wir über das Universum wissen“, sagte der Co-Autor der Studie, Suvrath Mahadevan, Verne M. Willaman-Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State, in einer Erklärung. „Wir hätten nicht gedacht, dass ein so schwerer Planet um einen Stern mit so geringer Masse existieren könnte.“

Die Geburt von Sternen und Planeten in Frage stellen

Sterne entstehen, wenn sich große Wolken aus Gas und Staub zu überdichten Flecken ansammeln, die wachsen und schließlich unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbrechen. Auf diese Weise ist ein junger Stern von Restmaterie umgeben, die als „protoplanetare Scheibe“ bezeichnet wird.

Wie der Name schon sagt, glauben Wissenschaftler, dass sich aus dieser übrig gebliebenen Materiescheibe letztendlich Planeten bilden. Die Menge des bei der Sternentstehung übrig gebliebenen Materials begrenzt die Größe dieser potenziellen Planeten.

Das Team stellte fest, dass der Planetenkern von LHS 3154 b so schwer ist, dass die planetenbildende Scheibe, aus der er stammt, viel festes Material enthalten haben muss. Einfach gesagt, es muss mehr Materie enthalten, als aktuelle Modelle vorhersagen, erklärte Megan Delamer, eine Doktorandin der Astronomie an der Penn State.

Daher wirft die Entdeckung dieses besonderen Exoplaneten auch Fragen zur Sternentstehung auf. Dies liegt daran, dass das Staub-Masse-Verhältnis und das Staub-Gas-Verhältnis in der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe von LHS 3154 zehnmal höher sein müssten als vorhergesagt, um eine massive, neptunähnliche Welt wie LHS 3154 b entstehen zu lassen.

„Man kann nicht erwarten, dass die planetenbildende Scheibe um den massearmen Stern LHS 3154 über genügend feste Masse verfügt, um diesen Planeten zu bilden“, erklärte Mahadevan. „Aber es ist da, also müssen wir jetzt unser Verständnis davon, wie Planeten und Sterne entstehen, überdenken.“ "

(Links) Erde-Sonne-System (Rechts) Neu entdeckter Exoplanet LHS 3154 b und sein Sternensystem (Bildnachweis: Pennsylvania State University)

Planetensonde in der bewohnbaren Zone übertrifft Erwartungen

Mahadevan und seine Kollegen entdeckten den Exoplaneten LHS 3154 b mithilfe des astronomischen Spektrographen Habitable Zone Planet Finder (HPF) am Hobby-Eberly-Teleskop am McDonald-Observatorium in Texas. HPF wurde entwickelt, um Exoplaneten zu erkennen, die einige der kühlsten Sterne in der Milchstraße umkreisen.

Tatsächlich halfen Mahadevan und ein Team beim Bau des Instruments, das sich auf Planeten konzentriert, die weder zu nah noch zu weit von ihren Sternen entfernt sind, da sie kein flüssiges Wasser beherbergen können, eine Schlüsselvoraussetzung für Leben. Diese Planeten befinden sich in der sogenannten bewohnbaren Zone um ihre Sterne.

Solche Planeten sind nicht leicht zu entdecken, unter anderem, weil die bewohnbaren Zonen kühler Sterne viel näher an ihnen liegen als unsere eigenen. Dies bedeutet, dass diese Planeten oft durch das Licht ihrer relativ kleinen Muttersterne verdeckt werden.

Darüber hinaus dürften die Planeten selbst klein sein, was ihre Entdeckung erschwert. „Stellen Sie sich einen Stern wie ein Lagerfeuer vor. Je kühler das Feuer, desto näher müssen Sie am Feuer sein, um sich warm zu halten“, sagte Mahadevan. „Dasselbe gilt für Planeten. Wenn der Stern kühler ist, muss der Planet näher am Stern sein, damit er warm genug ist, um flüssiges Wasser zu beherbergen.“

„Wenn ein Planet nahe genug an seinem ultrakühlen Stern kreist, können wir den Planeten entdecken, indem wir sehr subtile Veränderungen im Spektrum des Sterns oder in der Farbe seines Lichts beobachten, während er von dem umkreisenden Planeten mitgerissen wird.“

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Die Entdeckung von LHS 3154 b ist für HPF von großer Bedeutung, da sie das Potenzial des Instruments zeigt, wichtige Ergebnisse über Exoplaneten zu liefern. Ein Teammitglied und NASA Sagan Fellow für Astrophysik an der Princeton University sagte, das Ergebnis habe alle Erwartungen an das Instrument übertroffen.

„Unsere Entdeckung stellt einen extremen Testfall für alle bestehenden Theorien zur Planetenentstehung dar“, schloss Mahadevan. „Genau dafür haben wir HPF gebaut: um herauszufinden, wie die häufigsten Sterne in der Milchstraße Planeten bilden, und um diese Planeten zu finden.“

VON: Robert Lea

Geschäftsjahr: 33

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