EXTRASOLARE PLANETEN
Ein freigelegter Planetenkern um TOI 849?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
2. Juli 2020

In den Daten des NASA-Satelliten TESS wurde jetzt ein ganz besonderer Planet aufgespürt. Bei der etwa 730 Lichtjahre entfernten Welt dürfte es sich um den freigelegten Kern eines extrasolaren Planeten handeln, der seine Sonne in nur geringem Abstand umrundet. Der Fund bietet so einen bislang einmaligen Blick ins Innere eines Planeten.

Künstlerische Darstellung eines Exoplaneten wie TOI 849 b vor seiner Sonne. Bild: University of Warwick/Mark Garlick  [Großansicht]

Der neu entdeckte Exoplanet TOI 849 b bietet, so die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Dr. David Armstrong vom Department of Physics der University of Warwick die einzigartige Gelegenheit, in das Innere eines Planeten zu blicken und etwas über seine Zusammensetzung zu erfahren. Der Planet kreist um einen etwa 730 Lichtjahre entfernten Stern, der unserer Sonne sehr ähnlich ist. Der freigelegte Kern hat die gleiche Größe wie Neptun in unserem Sonnensystem. Die Forschenden nehmen an, dass es sich um einen Gasriesen handelt, der entweder seiner Gasatmosphäre beraubt wurde oder wegen eines außergewöhnlichen Vorkommnisses keine massive Gasatmosphäre bilden konnte wie normalerweise.

Bei TOI 849 b handelt sich um einen äußerst ungewöhnlichen Planeten in der sogenannten "Neptunwüste" – ein in der Astronomie verwendeter Begriff für eine Region in der Nähe von Sternen, in der der es selten Planeten mit der Masse von Neptun gibt. "Der Planet befindet sich seltsam nah an seinem Stern, wenn man seine Masse betrachtet", so Armstrong. "Anders gesagt: Es sind keine Planeten mit dieser Masse bekannt, die eine so kurze Umlaufzeit um ihren Stern haben."

TOI 849 b kreist so nahe an seinem Wirtsstern, dass ein Jahr nur 18 Stunden dauert und seine Oberflächentemperatur etwa 1500 °C beträgt. Christoph Mordasini erklärt: «Wir haben die Masse und den Radius des Planeten bestimmt", erklärt Dr. Christoph Mordasini vom Physikalischen Institut der Universität Bern, der federführend an der theoretischen Interpretation der Entdeckung beteiligt war. "TOI-849b ist etwa 40mal so schwer wie die Erde, sein Radius beträgt aber nur 3,4 Erdradien."

Der Planet habe also eine hohe Dichte und müsse somit primär aus Eisen, Gestein und Wasser bestehen, aber aus nur sehr wenig Wasserstoff und Helium. "Für einen so massereichen Planeten ist eine so hohe Dichte, respektive ein so kleiner Anteil an Wasserstoff und Helium sehr erstaunlich", so Mordasini weiter. "Bei einer solchen Masse würde man nämlich erwarten, dass der Planet während seiner Entstehung in der protoplanetaren Scheibe viel Wasserstoff und Helium angezogen hat." Und Armstrong ergänzt: "Die Tatsache, dass diese Gase nicht vorhanden sind, lässt darauf schließen, dass es sich bei TOI 849 b um einen exponierten Planetenkern handelt." Es ist das erste Mal, dass ein intakter, freiliegender Kern eines Gasriesen um einen Stern entdeckt wurde.

An der Universität Bern wird seit 2003 das "Berner Modell der Entstehung und Entwicklung von Planeten" laufend weiterentwickelt. "Wir kombinieren in unserem Modell Erkenntnisse zu den vielfältigen Prozessen, die bei der Entstehung und der Entwicklung von Planeten ablaufen", so Mordasini. Dank dieses Modells können Entdeckungen wie die des Exoplaneten TOI 849 b theoretisch interpretiert werden.

So lassen sich zwei Theorien formulieren, die erklären, warum es sich bei TOI 849 b nicht um einen typischen Gasriesen handelt, sondern um einen freiliegenden Planetenkern. "Die erste ist, dass der Exoplanet einst dem Jupiter ähnlich war, aber durch verschiedene Einflüsse fast das gesamte äußere Gas 'verloren' hat", so Mordasini. Dies könnte aufgrund von Gezeiten passiert sein, bei denen die Hülle des Planeten auseinandergerissen wird, weil der Planet extrem nahe an seinem Stern kreist, oder sogar wegen einer Kollision mit einem anderen Planeten. Die großflächige Verdampfung der Atmosphäre könnte ebenfalls eine Rolle spielen, kann aber nicht alleine für das gesamte "verlorene" Gas verantwortlich gemacht werden.

Alternativ könnte es sich bei TOI 849 b um einen "gescheiterten" Gasriesen handeln. "Nachdem sich der Kern einmal gebildet hatte, könnte etwas gänzlich anders gelaufen sein als normalerweise, und der Kern hat nie eine massive Atmosphäre gebildet wie sonst. Dies hätte geschehen können, wenn sich in der protoplanetaren Scheibe, aus der sich der Planet bildete, eine Lücke im Gas gebildet hätte wegen der gravitativen Interaktion mit dem Planeten, oder wenn das Material in der Scheibe gerade zu dem Zeitpunkt ausgegangen wäre, wo normalerweise die Gasakkretion folgt", so Mordasini. David Armstrong sagt: "Unsere Entdeckung beweist, dass solche Planeten existieren und wir sie aufspüren können. Wir haben nun die Möglichkeit, den Kern eines Planeten auf eine Weise zu betrachten, wie wir dies in unserem eigenen Sonnensystem nicht tun können."

Der Planet wurde in den Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) aufgespürt. Die Entdeckung wurde jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.