Künstlerische Darstellung von vier Gasriesenplaneten in der Umlaufbahn um Ci Tau.
Bild: Amanda Smith, Institut für Astronomie, Universität von Cambridge
Riesenplaneten um jungen Stern werfen die Frage auf wie Planeten entstehen
Forscher haben einen jungen Stern mit vier Jupiter- und Saturn-großen Planeten in seinem Orbit identifiziert. Dies ist das erste Mal, dass so viele massereiche Planeten in einem so jungen System entdeckt wurden. Das System hat auch einen Rekord für die extremsten je beobachteten Umlaufbahnen aufgestellt: Der äußerste Planet ist mehr als tausendmal weiter vom Stern entfernt als der innerste, was interessante Fragen zur Entstehung eines solchen Systems aufwirft.
Der Stern ist nur zwei Millionen Jahre alt – ein astronomisches Baby – und ist von einer riesigen Scheibe aus Staub und Eis umgeben. Diese Scheibe, bekannt als protoplanetare Scheibe, ist ein Ort, an dem Planeten, Monde, Asteroiden und andere astronomische Objekte in stellaren Systemen entstehen.
Der Stern war bereits bekannt, weil er trotz seiner Jugend schon einen sogenannten heißen Jupiter enthält, einen massereichen Planeten der sehr nahe um seinen Mutterstern kreist. Obwohl heiße Jupiter die erste Art von Exoplaneten waren die entdeckt wurden, hat ihre Existenz die Astronomen lange verwirrt, weil man oft angenommen hat, dass sie sich so nahe bei ihrem Mutterstern nicht gebildet haben können.
Jetzt hat ein Forscherteam unter der Leitung der Universität von Cambridge das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) verwendet, um nach planetarischen „Geschwistern“ für diesen heißen Jupiter zu suchen. Ihr Bild zeigt drei deutliche Lücken in der Scheibe, die nach ihren theoretischen Modellen höchstwahrscheinlich von drei zusätzlichen Gasriesenplaneten verursacht wurden, die ebenfalls den jungen Stern umkreisen.
Ihre Ergebnisse wurden in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Der Stern Ci Tau befindet sich etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt in einer hochproduktiven Sternentstehungsregion der Milchstraße. Seine vier Planeten unterscheiden sich stark in ihren Bahnen; der nächste beim Mutterstern (der heiße Jupiter) befindet auf einer ähnlichen Bahn wie Merkur, während die Bahn des äußersten Planeten mehr als dreimal so weit entfernt ist wie die Umlaufbahn von Neptun. Die zwei äußersten Planeten haben ungefähr die Masse von Saturn, während einer der beiden inneren Planeten Jupitermasse hat und der andere innere Planet die zehnfache Jupitermasse.
Die Entdeckung wirft für Astronomen viele Fragen auf, denn 1% der Sterne beherbergen heiße Jupiter, aber die meisten bekannten heißen Jupiter sind hundertmal älter als Ci Tau. „Es ist derzeit unmöglich zu sagen, ob die extreme planetarische Architektur in Ci Tau üblich ist in Systemen mit heißen Jupitern, weil die Art und Weise, wie diese Schwesterplaneten entdeckt wurden, nämlich durch ihre Wirkung auf die protoplanetare Scheibe, in älteren Systemen nicht funktioniert, weil diese keine protoplanetare Scheibe mehr haben“, sagte Professorin Cathie Clarke vom Cambridge Institut für Astronomie und Hauptautorin der Studie.
Den Forschern zufolge ist es auch unklar, ob die Schwesterplaneten den innersten Planeten auf seine derzeit extrem enge Umlaufbahn getrieben haben und ob dies ein gängiger Mechanismus ist, der bei der Entstehung heißer Jupiter eine Rolle spielt. Ein weiteres Rätsel ist, wie die äußeren zwei Planeten überhaupt entstanden sein könnten.
„Planetenentstehungsmodelle neigen dazu, sich auf Typen von Planeten zu konzentrieren, die bereits beobachtet wurden, so dass neue Entdeckungen nicht unbedingt zu den Modellen passen“, sagte Clarke. „Planeten mit Saturn-Masse sollten sich bilden, indem sie zuerst einen festen Kern akkumulieren um dann, wenn die Schwerkraft groß genug ist, auch Gas aus der Umgebung aufzunehmen. Aber dieser Prozess sollte sich sehr langsam und in großer Entfernung vom Mutterstern abspielen. Die meisten Modelle neigen dazu anzunehmen, dass massereiche Planeten in großer Entfernung vom Mutterstern entstehen.
Die zukünftige Aufgabe wird darin bestehen, dieses rätselhafte System bei mehreren Wellenlängen zu untersuchen, um mehr Hinweise über die Eigenschaften der Scheibe und ihrer Planeten zu bekommen. In der Zwischenzeit wird ALMA – das erste Teleskop mit der Möglichkeit, Planeten bei ihrer Entstehung zu beobachten – weitere Überraschungen in anderen Planetensystemen finden und unser Bild von der Entstehung der Planetensysteme verändern.
Diese Forschungsarbeit wurde vom Europäischen Forschungsrat unterstützt.
18. Oktober 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
