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EXTRASOLARE PLANETEN
Das Schicksal junger Exoplaneten
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
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12. Juni 2020

Manche extrasolare Planeten haben es schwer. Das zeigte wieder eine jetzt vorgestellte Untersuchung über das Schicksal von vier jungen Welten um den Stern V1298 Tau: Die Planeten werden von der intensiven Röntgenstrahlung ihrer Sonne regelrecht geröstet, was zum Verlust ihrer Gashüllen führen könnte. Nur der äußerste Planet in dem System dürfte diesem Schicksal sicher entkommen.

V1298 Tau

Künstlerische Darstellung des extrasolaren Planetensystems um den Stern V1298 Tau. Bild: AIP / J. Fohlmeister [Großansicht]

Junge Exoplaneten existieren oft in einer riskanten Umgebung: Ihre Sterne erzeugen große Mengen energiereiche Röntgenstrahlung, typischerweise tausend bis zehntausend Mal mehr als unsere eigene Sonne. Diese Röntgenstrahlung kann die Atmosphäre von Exoplaneten erwärmen und manchmal sogar regelrecht wegkochen. Wie viel von der Atmosphäre eines Exoplaneten im Laufe der Zeit verdampft, hängt von den Eigenschaften des Planeten ab – seiner Masse, seiner Dichte und wie nahe er sich an seiner Sonne befindet.

Aber wie sehr beeinflusst ein Stern, was über Milliarden von Jahren mit seinen Planeten passiert? Dies ist eine Frage, mit der sich Astronominnen und Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) in einer jetzt vorgestellten Studie befassen. Dafür untersuchten sie das kürzlich entdeckte System mit vier Planeten um den jungen Stern mit Namen V1298 Tau. Der Zentralstern ist ungefähr so groß wie unsere Sonne. Allerdings ist er nur etwa 25 Millionen Jahre alt, was im Vergleich zur Sonne mit ihren 4,6 Milliarden Jahren sehr jung ist. Der Stern beherbergt zwei Planeten, beide ungefähr so groß wie Neptun, die ihn sehr nah umkreisen, sowie zwei weitere Planeten, etwas weiter entfernt, in Saturngröße.

"Wir haben das Röntgenspektrum des Sterns mit dem Chandra-Weltraumteleskop beobachtet, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie stark er die Atmosphären seiner Planeten bestrahlt", erklärt Katja Poppenhäger vom AIP. Das Team bestimmte so das mögliche Schicksal der vier Exoplaneten. Wenn das Stern-Planeten-System älter wird, dreht sich der Stern immer langsamer um seine eigene Achse. Die Rotation des Sterns ist jedoch die treibende Kraft für das Magnetfeld des Sterns, welches wiederum seine Röntgenstrahlung verursacht.

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"Die Verdampfung der Exoplaneten hängt davon ab, wie sich die Rotation des Sterns in den nächsten Milliarden Jahren entwickelt. Je schneller die Rotation des Sterns abnimmt, desto weniger Atmosphäre geht den Planeten verloren", sagt Laura Ketzer, Doktorandin am AIP, die ein öffentlich zugängliches Computerprogramm geschrieben hat, das die Entwicklung der Planeten im Laufe der Zeit berechnet. Die Berechnungen zeigen, dass die beiden innersten Planeten des Systems ihre Gasatmosphäre vollständig verlieren und als felsige Kerne enden können, wenn die Rotation des Sterns im Laufe der Zeit wenig abnimmt, während der äußerste Planet weiterhin ein Gasriese bleibt.

"Für den dritten Planeten hängt es entscheidend davon ab, wie schwer er ist, was wir noch nicht wissen. Die Größe von Exoplaneten können wir mit der Transit-Methode messen, aber die Bestimmung der Planetenmasse ist viel schwieriger", erklärt Matthias Mallonn, der die Transiteigenschaften des Systems mithilfe von Beobachtungen mit dem STELLA-Teleskop des AIP neu bestimmt hat.

"Röntgenbeobachtungen von Sternen mit Planeten sind für uns ein zentrales Puzzleteil, um etwas über die langfristige Entwicklung der Atmosphären von Exoplaneten zu lernen", resümiert Poppenhäger. "Ich freue mich besonders über die Möglichkeiten, die sich uns durch Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop eROSITA in den nächsten Jahren eröffnen." Das zum Teil von AIP entwickelte eROSITA-Röntgenteleskop führt Beobachtungen des gesamten Himmels durch und liefert Röntgenstrahlungseigenschaften für Hunderte von Sternen mit Exoplaneten.

Die Ergebnisse wurden jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

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siehe auch
Extrasolare Planeten: Der Heliumschweif von WASP-69b - 7. Dezember 2018
WASP-12: Stern verdampft seinen Planeten - 2. April 2013
Hubble: Der kometenhafte Schweif von HD 209458b - 16. Juli 2010
Extrasolare Planeten: Gasriese verdampft um HD 209458 - 13. März 2003
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)
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