Massereicher Exoplanet, der einen kleinen Stern umkreist, stellt Theorien zur Planetenentstehung in Frage
Der Planet, der etwa die Masse von Neptun hat und mehr als 13-mal so massiv ist wie die Erde, wurde in einer Umlaufbahn um einen ultrakühlen M-Zwergstern namens LHS 3154 entdeckt, der neunmal weniger massiv ist als unsere Sonne. Ein M-Zwergstern ist die kleinste und kälteste Art von Stern.
Der Planet mit der Bezeichnung LHS 3154b umkreist den Stern in einem engen Orbit alle 3,7 Erdtage. Damit ist er der massereichste bekannte Planet in einem engen Orbit um einen der kältesten, massearmen Sterne im Universum, so eine neue Studie, die am Donnerstag in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. Sie stellt das Verständnis der Wissenschaftler von der Entstehung von Planetensystemen auf den Kopf.
"Diese Entdeckung macht deutlich, wie wenig wir über das Universum wissen", sagte Suvrath Mahadevan, Mitautor der Studie und Verne M. Willaman Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State University, in einer Erklärung. "Wir hätten nicht erwartet, dass ein so schwerer Planet um einen so massearmen Stern existiert."
Sterne entstehen aus großen Gas- und Staubwolken, und das übrig gebliebene Material bildet eine Scheibe um den Stern, in der später Planeten geboren werden. Die Menge an Material, die in den Scheiben um Sterne vorhanden ist, bestimmt, wie massiv die Planeten sein können, die um sie herum entstehen. Und das Scheibenmaterial ist weitgehend von der Masse des Sterns abhängig.
So sind beispielsweise kleine M-Zwergsterne in der Milchstraßengalaxie am häufigsten, und um sie kreisen in der Regel kleine, felsige Planeten und keine Gasriesen.
"Es ist nicht zu erwarten, dass die planetenbildende Scheibe um den massearmen Stern LHS 3154 genügend feste Masse hat, um diesen Planeten zu bilden", so Mahadevan. "Aber er ist da draußen, also müssen wir jetzt unser Verständnis davon, wie Planeten und Sterne entstehen, überdenken."
Die bewohnbare Zone
Der Planet umkreist einen Stern, der etwa 51 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Er wurde mit dem Habitable Zone Planet Finder (HPF) entdeckt, der auf dem Hobby-Eberly-Teleskop des McDonald Observatory in Texas installiert ist.
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Mahadevan hat den HPF gebaut, um Planeten aufzuspüren, die in der bewohnbaren Zone von kleinen, kühlen Sternen kreisen. Die bewohnbare Zone ist genau der richtige Abstand zu einem Stern, in dem ein Planet warm genug ist, um flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zu tragen und möglicherweise Leben zu ermöglichen.
Die niedrigere Oberflächentemperatur kleiner Sterne bedeutet, dass Planeten sie viel enger umkreisen können und dennoch empfindliche Elemente wie Wasser auf ihrer Oberfläche erhalten. Und wenn Planeten ihre Sterne eng umkreisen, erzeugt die Gravitationskraft zwischen den beiden Körpern ein spürbares Wackeln, das das HPF im Infrarotlicht nachweisen kann.
"Stellen Sie sich den Stern wie ein Lagerfeuer vor. Je mehr das Feuer abkühlt, desto näher muss man sich dem Feuer nähern, um warm zu bleiben", so Mahadevan. "Das Gleiche gilt für Planeten. Wenn der Stern kälter ist, muss ein Planet näher am Stern sein, wenn er warm genug sein soll, um flüssiges Wasser zu enthalten. Wenn ein Planet nahe genug an seinem ultrakalten Stern vorbeizieht, können wir ihn erkennen, indem wir eine sehr subtile Veränderung in der Farbe des Spektrums oder des Lichts des Sterns sehen, wenn er von einem ihn umkreisenden Planeten beeinflusst wird."
Ein planetarisches Rätsel
Auf der Grundlage von Modellierungen und Analysen geht das Forscherteam davon aus, dass der Planet einen schweren Kern hat, der mehr festes Material in der sich bildenden Scheibe erfordert, als wahrscheinlich um den Stern herum vorhanden war, so Megan Delamer, Mitautorin der Studie und Astronomiestudentin an der Penn State.
Die Forscher schätzen, dass die Staubmenge in der Scheibe mindestens 10-mal größer sein müsste als das, was normalerweise in Scheiben um massearme Sterne gefunden wird.
"Unsere derzeitigen Theorien zur Planetenentstehung können das, was wir sehen, nur schwer erklären", so Delamer in einer Erklärung. "Auf der Grundlage der aktuellen Durchmusterungsarbeiten mit dem HPF und anderen Instrumenten ist ein Objekt wie das, das wir entdeckt haben, wahrscheinlich extrem selten, so dass seine Entdeckung wirklich aufregend war.
Es wurden bereits einige massereiche Planeten gefunden, die massearme Sterne umkreisen, wie etwa der 2019 entdeckte Planet GJ 3512 b, aber deren Umlaufzeiten sind viel länger und die Planeten umkreisen ihre Sterne nicht so eng.
"Was wir entdeckt haben, ist ein extremer Testfall für alle bestehenden Theorien zur Planetenentstehung", so Mahadevan. "Genau dafür haben wir HPF gebaut, um zu entdecken, wie die häufigsten Sterne in unserer Galaxie Planeten bilden - und um diese Planeten zu finden."
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Quelle: edition.cnn.com
