Neu entdeckte Planeten-Zwillinge könnten Rätsel über aufgeblähte Planeten lösen

Seit Astronomen vor siebzehn Jahren zum ersten Mal die Größe eines extrasolaren Planeten maßen, haben sie Probleme damit folgende Frage zu beantworten: Wie sind diese übergroßen Planeten so groß geworden? Dank der kürzlichen Entdeckung von Planeten-Zwillingen durch ein Team der Universität auf Hawaii unter der Leitung von Doktorand Samuel Grunblatt, kommen wir der Antwort ein Stück näher.

Gasriesenplaneten bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und haben mindestens den vierfachen Durchmesser der Erde. Gasriesenplaneten, die nahe bei ihrem Zentralstern ihre Umlaufbahn haben, werden „heiße Jupiter“ genannt. Diese Planeten haben ähnliche Massen wie Jupiter und Saturn, sind aber meist sehr viel größer – manche sogar größer als die kleinsten Sterne.

Die ungewöhnlichen Größe dieser Planeten hängt wahrscheinlich mit der Wärme zusammen, die in ihren Atmosphären ein- und ausströmt. Es wurden verschiedene Theorien entwickelt, um diesen Prozess zu erklären. „Da wir jedoch keine Millionen Jahre haben um zu sehen, wie sich ein bestimmtes Planetensystem entwickelt, waren die Theorien über die Expansion der Planeten nur schwer zu beweisen oder zu widerlegen“, sagte Grunblatt.

Um dieses Problem zu lösen, durchsuchte Grunblatt die von der NASA-Mission K2 (Kepler 2) gesammelten Daten, um nach heißen Jupitern zu suchen, die rote Riesensterne umkreisen. Diese Sterne, die sich in den späten Stadien ihres Lebens befinden, werden während der Lebenszeit ihrer planetarischen Begleiter auch bedeutend größer. Einer Theorie von Eric Lopez vom Goddard Space Flight Center zufolge, sollten heiße Jupiter, die rote Riesensterne umkreisen, dann stark aufgeblasen sein, wenn die direkte Energiezufuhr vom Zentralstern der dominierende Prozess ist, der den Planeten expandieren lässt.

Es wurden zwei Planeten entdeckt, von denen jeder seinen Mutterstern mit einer Periode von ungefähr 9 Tagen umkreist. Unter Verwendung von stellaren Oszillationen zur genauen Berechnung der Radien, sowohl der Sterne als auch der Planeten, fand das Team heraus, dass die Planeten 30% größer als Jupiter sind. Beobachtungen mit dem W. M. Keck-Observatorium am Mauna Kea zeigten, dass die Planeten trotz ihrer enormen Größe nur halb so massiv wie Jupiter sind. Bemerkenswerterweise gleichen sich beide Planeten in ihren Umlaufzeiten, Radien und Massen, sodass sie nahezu Zwillinge sein könnten.

Anhand von Modellen, welche die Entwicklung von Planeten und ihren Sternen im Laufe der Zeit verfolgten, berechnete das Team die Effizienz der Planeten beim Absorbieren von Wärme ihres Sterns und beim Übertragen auf ihr tiefstes Inneres, wodurch sich der gesamte Planet ausdehnte und somit seine Dichte verringerte. Ihre Ergebnisse zeigen, dass diese Planeten vermutlich die erhöhte Strahlung von roten Riesensternen benötigen um sich auszudehnen. Aber die Menge der absorbierten Strahlung war geringer als man erwartet hatte.

Es ist riskant, mit nur zwei Beispielen zu versuchen, starke Schlussfolgerungen zu ziehen. Aber diese Ergebnisse schließen einige Erklärungen über Planeteninflation aus und stehen im Einklang mit einem Szenario, in dem Planeten direkt durch die Hitze ihrer Zentralsterne aufgeblasen werden. Wissenschaftliche Beweise scheinen darauf hinzudeuten, dass stellare Strahlung Größe und Dichte eines Planeten direkt verändern können.

Unsere eigene Sonne wird schließlich ein roter Riesenstern werden und daher ist es wichtig, den Effekt zu quantifizieren, den ihre Entwicklung auf den Rest des Sonnensystems haben wird. „Mit der Frage, wie stellare Evolution Planeten beeinflusst, betritt man Neuland, sowohl in anderen Sonnensystemen als auch in unserem eigenen“, sagte Grunblatt. „Mit einer besseren Vorstellung davon, wie Planeten auf diese Veränderungen reagieren, könnten wir beginnen zu bestimmen, wie sich die Entwicklung der Sonne auf die Atmosphäre, die Ozeane und das Leben hier auf der Erde auswirken wird.

Die Suche nach Gasriesenplaneten um rote Riesensterne geht weiter, da zusätzliche Systeme eine bessere Unterscheidung zwischen diversen Planeteninflations-Szenarien ermöglichen würde. Grunblatt und sein Team erhielten Zeit am Spitzer Weltraumteleskop, um die Größen dieser Planeten-Zwillinge genauer zu messen. Zusätzlich wird die Suche nach Planeten um rote Riesen mit der NASA K2 Mission für mindestens ein weiteres Jahr andauern und NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), der 2018 startet, wird Hunderttausende von roten Riesen am gesamten Himmel beobachten.

In der 27. Ausgabe des Astronomical Journal wurde das Ergebnis unter folgendem Titel veröffentlicht: „Seeing Double with K2: Testing Re-inflation with Two Remarkably Similar Planets around Red Giant Branch Stars“.


29. November 2017/SP
Verein Kuffner-Sternwarte