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EXTRASOLARE PLANETEN
Supererden aus Saphir und Rubin?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Zürich
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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.

55 Cancri e

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.

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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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Ferne Welten - unsere Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten und außerirdischem Leben
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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