Darstellung aus der Mitte einer hydrodynamischen Simulation, die eine Hochgeschwindigkeits-Kollision zwischen zwei Planeten mit je zehn Erdmassen zeigt. Der Temperaturbereich des Materials wird mit den vier Farben Grau, Orange, Gelb und Rot dargestellt. Wobei Grau am kühlsten und Rot am heißesten ist. Bei solchen Kollisionen werden große Mengen an Material vom Silikatmantel weggerissen und hinterlassen einen Restplaneten mit hohem Eisengehalt und hoher Dichte, ähnlich den beobachteten Eigenschaften von Kepler-107c.
Bild: Zoe Leinhardt and Thomas Denman, University of Bristol.
Riesige Einschläge durch interplanetare Kollisionen
Astronomen fanden neue Beweise für eine signifikante planetarische Vielfalt innerhalb eines einzigen Exoplaneten-Systems, was darauf hindeutet, dass riesige Kollisionen mit hoher Geschwindigkeit für die Planetenentwicklung mitverantwortlich sind.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern, das vom italienischen Nationalinstitut für Astrophysik (INAF) geleitet wurde und an dem auch Physiker der Universität Bristol beteiligt waren, verbrachte drei Jahre lang mit der Beobachtung des Exoplaneten-Systems Kepler-107 am Telescopio Nazionale Galileo in La Palma.
Sie sammelten mehr als hundert spektroskopische Messungen aller vier Planeten im System Kepler-107 die eine kleinere Masse als Neptun haben. Das System ist benannt nach dem Kepler-Weltraumteleskop, das vor fünf Jahren dieses Exoplaneten-System entdeckte. Im Gegensatz zum Verhältnis der Erde zur Sonne sind die Planeten im System Kepler-107 viel näher beieinander und auch näher bei ihrem Zentralstern. Alle Planeten haben Umlaufzeiten von Tagen und nicht von Jahren, wie dies in unserem Planetensystem der Fall ist.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass jener Planet, der dem Zentralstern am nächsten ist auch der dichteste ist. Aufgrund der Erwärmung und Wechselwirkung mit dem Zentralstern kann dies einen Verlust seiner Atmosphäre bedeuten. Wie in Nature Astronomy berichtet wurde, ist im Fall von Kepler-107 der zweite Planet 107c, dichter als der erste 107b. Und zwar hat 107c einen mindestens doppelt so hohen Eisenmassenanteil in seinem Kern als 107b. Die Autoren interpretieren das wie folgt: 107c hatte irgendwann eine frontale Hochgeschwindigkeits-Kollision mit einem Protoplaneten der gleichen Masse oder Kollisionen mit mehreren Planeten von geringerer Masse. Diese Zusammenstöße haben einen Teil des Gesteins- und Silikatmantels von Kepler-107c weggerissen, so dass der Planet jetzt dichter ist als er es ursprünglich war.
Dr. Zoe Leinhardt von Bristol, Astrophysikerin und Co-Autorin des Paper an der Schule für Physik an der Universität von Bristol, erklärte: „Man vermutet, dass riesige Einschläge eine wichtige Rolle bei der Gestaltung unseres Sonnensystems gespielt haben. Der Mond ist aller Wahrscheinlichkeit das Ergebnis eines solchen Aufpralls und möglicherweise ist auch Plutos großer Satellit Charon nach einem riesigen Impakt eingefangen worden. Ferner könnte die hohe Dichte des Planeten Merkur durch Verlust von einem Teil seines Gesteinsmantels entstanden sein. Bislang hatten wir jedoch keinen Hinweis auf einen riesigen Aufprall außerhalb unseres eigenen Planetensystems gefunden“.
„Wenn unsere Hypothese richtig ist, würde sich die Entstehung unseres Sonnensystem kaum von der Entstehung anderer Planetensysteme unterscheiden.“
Aldo Bonomo, Forscher am INAF und Hauptautor, sagte: “Mit dieser Entdeckung haben wir einen weiteren Beitrag zum Verständnis von der Entstehung der außerordentlichen Vielfalt in der Zusammensetzung kleinerer Exoplaneten hinzugefügt. Wir hatten bereits Beweise dafür, dass die starke Strahlung des Zentralsterns zu dieser Diversität beiträgt, da es bei den heißesten Planeten zu einer teilweisen oder vollständigen Erosion der Atmosphären führt. Stochastische Kollisionen zwischen Protoplaneten spielen jedoch ebenfalls eine Rolle und können zu drastischen Abweichungen in der inneren Zusammensetzung eines Exoplaneten führen, wie wir es bei Kepler-107c festgestellt haben.“
Ko-Autor Li Zeng von der Harvard Origins of Life-Initiative im Departement of Earth and Planetary Sciences und vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics fügte hinzu: „Dies ist eines von vielen interessanten Exoplaneten-Systemen, die das Weltraumteleskop Kepler entdeckt und charakterisiert hat. Diese Entdeckung hat frühere theoretische Arbeiten bestätigt, die darauf hindeuten, dass riesige Kollisionen zwischen den Planeten während der Planetenbildung eine Rolle gespielt haben.“
Es wird angenommen, dass in unserem eigenen Sonnensystem gewaltige Einschläge aufgetreten sind. Wenn solch katastrophale Störungen in Planetensystemen häufig auftreten, glauben die Astronomen, dass noch viele Systeme gefunden werden die Kepler-107 ähnlich sind, da in Zukunft bei immer mehr Planeten deren Dichten ermittelt werden können.
Kepler 107 Planetensystem
Radius Masse Dichte
Kepler 107b 1,51-1,78 2-5 3-8
Kepler 107c 1,57-1,63 7-11 10-15
Kepler 107d 0,80-0,92 <4 <33
Kepler 107e 2,8-2,9 5-12 1-3
Mehr Daten und Publikation auf → exoplanet.eu
8. Februar 2019/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
