Ein Planet verschiebt die Grenzen des Möglichen
Einem internationalen Team von Forschenden mit Beteiligung des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS, der ETH Zürich und der Universität Zürich ist es gelungen ein Bild eines sehr besonderen Planeten aufzunehmen. Kein bisher bekannter Planet umkreist ein heisseres oder massereicheres Sternsystem. Dass Planeten in einer solchen Umgebung existieren können hielten manche Astronomen gar für unmöglich.
Diese künstlerische Darstellung zeigt den Planeten b Centauri b, der ein massives Doppelsternsystem umkreist. Credit: ESO/L. Calçada
Exoplaneten sind Forschungsobjekte voller Überraschungen. Schon die Entdeckung des ersten Planeten, der einen anderen Stern als die Sonne umkreiste, veränderte das wissenschaftliche Verständnis von Planeten grundlegend. Damals galt es als unmöglich, dass ein Riesenplanet wie «51 Pegasi b» seinen Stern in einer so engen Umlaufbahn umkreisen könnte. Rund 25 Jahre später bringt eine neuerliche Entdeckung gängige Theorien der Planetenentstehung an ihre Grenzen. Die dazugehörige Studie wurde im Fachmagazin Nature veröffentlicht.
Grosse Sterne lassen kaum etwas übrig
Sascha Quanz ist Professor für Exoplaneten & Habitabilität an der ETH Zürich und Mitglied des NFS PlanetS. Bild: ETHZ
«Bisher wurden vergleichsweise wenige Planeten um Sterne mit mehr als 2 Sonnenmassen entdeckt», beginnt Sascha Quanz, Mitautor der Studie, Professor für Exoplaneten an der ETH Zürich und Mitglied des NFS PlanetS zu erklären. «Frühere Studien kamen entsprechend zum Schluss, dass die Planetenbildung in der Nähe von massereicheren Sternen behindert wird und dass Riesenplaneten in der Nähe von Sternen mit mehr als 3 Sonnenmassen gar unmöglich sein könnten», so Quanz.
Gründe dafür gibt es gemäss dem Forscher mehrere. Etwa, dass massereiche Sterne mit ihrer starken Gravitation während ihrer Entstehung praktisch die gesamte Materie in ihrer Umgebung in sich aufnehmen und für allfällige Planeten daher kaum etwas übrig bleibt. Auch sind grosse Sterne meist sehr heiss und strahlen grosse Mengen an ultravioletter und Röntgenstrahlung aus. Diese hochenergetische Strahlung lässt die wenige übrig gebliebene Materie in der Umgebung schnell verdampfen. «Solche Sterne gelten im Allgemeinen als ziemlich zerstörerische und gefährliche Umgebungen in denen sich grosse Planeten kaum bilden können», ergänzt Markus Janson, Astronomie Professor an der Universität Stockholm und Erstautor der Studie.
Ein System der Superlative
Doch im etwa 325 Lichtjahre entfernten System «b Centauri» scheinen andere Regeln zu gelten. Das System, bestehend aus zwei Sternen, hat mindestens die sechsfache Masse der Sonne und ist mehr als dreimal so heiss. Dennoch beherbergt es mit «b Centauri b», der etwa zehn Jupitermassen enthält, einen der massivsten je entdeckten Planeten. Dieser umkreist seine Sterne ausserdem in einer der weitesten bisher entdeckten Umlaufbahnen mit dem über 500-fachen Radius der Erdumlaufbahn um die Sonne.
Dieses mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO aufgenommene Bild zeigt das massereiche Sternsystem b Centauri und seinen Riesenplaneten b Centauri b (durch den Pfeil gekennzeichnet). Der andere helle Punkt im Bild (oben rechts) ist ein Hintergrundstern. Credit: ESO/Janson et al.
Lucio Mayer ist Professor für Rechnergestützte Astrophysik an der Universität of Zürich. Bild: Robert Huber
«Diese grosse Entfernung zum zentralen Sternenpaar und die damit verbundene verminderte Einstrahlung könnte der Schlüssel zum Überleben des Planeten gewesen sein», vermutet Studienmitautor Lucio Mayer. Doch wie sich der Planet überhaupt erst gebildet haben könnte, ist gemäss dem NFS PlanetS Mitglied und Astrophysikprofessor an der Universität Zürich noch unklar. «Einiges deutet zwar darauf hin, dass der Planet nicht durch den gängigen Akkretionsmechanismus entstand, bei der – vereinfacht gesagt – Planeten im Laufe der Zeit durch allmähliche Ansammlung von Materie heranwachsen. Doch ob er durch den sogenannten Gravitations-Instabilitätsmechanismus, bei der Materiewolken durch die eigene Gravitation in sich zusammenfallen, oder auf eine andere Weise entstand, können wir bisher nicht sagen», so Mayer.
Neue Instrumente sollen Klarheit bringen
Markus Janson ist Professor der Astronomie an der Universität von Stockholm. Bild: Alexis Brandeker
«Die Entdeckung eines Planeten um b Centauri mit dem Hochkontrast-Instruments SPHERE am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile war sehr aufregend, da sie unser Bild von massereichen Sterne als Planetenwirte völlig verändert», erklärt Markus Janson. Mithilfe des Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das noch in diesem Jahrzehnt mit der Beobachtung beginnen soll, sowie mit der Aufrüstung des VLT erhoffen sich die Astronomen mehr über die Entstehung und die Eigenschaften dieses Planeten herausfinden. «Es wird eine faszinierende Aufgabe sein, herauszufinden, wie sich dieser Planet gebildet haben könnte und was das für unser Verständnis der Planetenbildung im Allgemeinen bedeutet», so Janson.
Angaben zur Publikation: A wide-orbit giant planet in the high-mass b Centauri binary system, Nature, 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-04124-8
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