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Supererden aus Saphir und Rubin?
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Zürich
astronews.com
7. Dezember 2018
Astronomen glauben eine neue, exotische
Klasse von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt zu haben: Diese speziellen Supererden
bildeten sich bei hohen Temperaturen nahe an ihrem Mutterstern und
enthalten viel Kalzium, Aluminium und deren Oxide wie Saphir und Rubin. Auch bei einigen prominenten Exoplaneten wie 55 Cancri e könnte
es sich um Saphir-Planeten handeln.
Künstlerische Darstellung einer der drei
studierten Supererden, 55 Cancri e, die durch
ihre großen Vorkommen an Saphiren und Rubinen
wahrscheinlich rot bis blau schimmern.
Bild: Thibaut Roger [Großansicht] |
21 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Kassiopeia umkreist ein Planet in geringem Abstand
seinen Mutterstern. Für eine Umrundung benötigt diese als
HD 219134 b bezeichnete Welt gerade einmal drei Tage. Seine Masse entspricht knapp fünf Erdmassen. Damit gehört der Exoplanet zu den
sogenannten Supererden. Doch im Gegensatz zur Erde hat er wahrscheinlich
keinen massiven Kern aus Eisen, sondern ist reich an Kalzium und Aluminium.
"Vielleicht schimmert er violett-rötlich wie Rubine und Saphire, denn das sind
Aluminiumoxide, die auf diesem Planeten häufig vorkommen", sagt Caroline Dorn,
Astrophysikerin am Institut für Computergestützte Wissenschaften (ICW) der
Universität Zürich.
HD219134 b ist einer von drei Kandidaten, die wahrscheinlich
einer neuen, exotischen Klasse von Exoplaneten angehören, wie Caroline Dorn und
ihre Kollegen der Universitäten Zürich und Cambridge jetzt berichten. Die Forschenden untersuchen die Entstehung von
Planeten mit theoretischen Modellen und vergleichen ihre Resultate mit den Daten
von Beobachtungen.
Man weiß, dass Sterne wie die Sonne bei ihrer Geburt von
einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben waren, in der sich die Planeten formten.
Gesteinsplaneten wie die Erde bildeten sich aus den festen Brocken, die übrig
blieben, als sich die protoplanetare Gasscheibe auflöste. Diese Bausteine
kondensierten aus dem Gasnebel, als sich die Scheibe abkühlte. "Normalerweise
entstehen diese Bausteine in Regionen, wo gesteinsformende Elemente wie Eisen,
Magnesium, Silizium auskondensiert sind", erklärt Dorn. Die daraus gebildeten
Planeten zeigen eine erdähnliche Zusammensetzung mit einem Eisenkern. Die
meisten der bisher bekannten Supererden sind in solchen Regionen entstanden.
Doch es gibt auch
Bereiche nahe am Stern, wo es viel heißer ist. "Dort befinden sich manche
Elemente noch in der Gasphase und die Planetenbausteine haben eine völlig andere
Zusammensetzung", sagt die Astrophysikerin. In ihren Modellen berechnete die
Forschungsgruppe, wie ein Planet aussieht, der in einer solchen, heißen Region
entstanden ist. Das Resultat: Kalzium und Aluminium werden neben Magnesium und
Silizium zu Hauptbestandteilen, Eisen gibt es kaum. "Deshalb können solche
Planeten beispielsweise kein Magnetfeld wie die Erde haben", sagt Dorn.
Und weil
die innere Struktur so anders ist, werden sich auch ihr Abkühlverhalten und die
Atmosphären von denjenigen der normalen Supererden unterscheiden. Die
Forschenden sprechen deshalb von einer neuen, exotischen Klasse von Supererden
gebildet aus Hochtemperatur-Kondensaten. Spannend sei, dass diese Objekte völlig
anders als die Mehrheit der erdähnlichen Planeten seien, sagt Dorn, "falls es
sie tatsächlich gibt".
Die Wahrscheinlichkeit ist groß, wie die Astrophysiker in ihrer Untersuchung
herausgefunden haben. "Wir haben in unseren Berechnungen gefunden, dass
diese Planeten 10 bis 20 Prozent geringere Dichten aufweisen als die Erde",
erklärt Dorn. Genau solche, bereits bekannte Exoplaneten mit etwas geringeren
Dichten analysierte das Team in der Folge näher.
"Wir haben jeweils
verschiedene Szenarien angeschaut, mit denen sich der beobachtete Wert erklären
ließe", sagt Dorn. So könnte eine dicke Atmosphäre zu einer insgesamt kleineren
Dichte führen. Doch zwei der untersuchten Exoplaneten, 55 Cancri e und WASP-47
e, umkreisen ihren Stern so nahe, dass ihre Oberflächentemperatur fast 3000
Grad beträgt und sie diese Gashülle schon längst verloren hätten. "Auf HD 219134
b ist es weniger heiß und die Situation etwas komplizierter", so Dorn. Auf
den ersten Blick ließe sich die geringere Dichte beispielsweise auch durch
tiefe Ozeane erklären, wäre da nicht ein zweiter Planet, der den Stern etwas
weiter draußen umkreist. Ein Vergleich der beiden Objekte ergab, dass der
innere Planet nicht mehr Wasser oder Gas enthalten kann. Unklar ist noch, ob
Ozeane aus Magma zur geringeren Dichte beitragen können.
"Damit haben wir drei
Kandidaten gefunden, von denen wir annehmen können, dass sie zur neuen Klasse
von Supererden mit dieser exotischen Zusammensetzung gehören", fasst die
Astrophysikerin zusammen. Die Forschenden korrigieren damit auch ein früheres
Bild der Supererde 55 Cancri e. Diese hatte 2012 Schlagzeilen gemacht als
"Diamant am Himmel". Forscher hatten angenommen, dass der Planet zu einem großen Teil aus Kohlenstoff besteht, mussten diese Theorie aber aufgrund
nachfolgender Beobachtungen aufgeben. "Wir machen den vermeintlichen
Diamant-Planeten nun zum Saphir-Planeten", lacht Dorn.
Über die Beobachtungen berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen ist.
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