Rtselhafter Gasriese um HD 114082

Der mysteriöse Gasriese um HD 114082
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
30. November 2022

Astronomen haben einen riesigen Planeten um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt. Dieser Superjupiter ist mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren der jüngste Exoplanet seiner Art, für den Radius und Masse bestimmt wurden. Beide Größen sind jedoch schwer mit allgemein akzeptierten Modellen der Planetenentstehung in Einklang zu bringen.

HD 114082 b

Die Darstellung dieses Künstlers zeigt einen Gasriesen-Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der junge Exoplanet HD 114082 b umkreist seinen sonnenähnlichen Stern alle 110 Tage in einem Abstand von 0,5 AE.
Foto:
NASA/JPL-Caltech
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Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 Prozent Gasriesen mit einer Masse von nicht weniger als Jupiter sind. Jetzt hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Zahoja vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und der Hauptsternwarte der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine in Kiew einen Exoplaneten namens HD 114082 b entdeckt, der eine Nummer aufweist von Eigenschaften. worüber sich Wissenschaftler wundern.

Ein Planet so groß wie Jupiter, aber achtmal so schwer wie Jupiter. „Im Vergleich zu derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, sagt Zahojaj. Die resultierende durchschnittliche Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was wirklich erstaunlich ist. Schließlich ist die Erde ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern und besteht nicht aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten Elementen des Universums, aus denen Jupiter fast ausschließlich besteht.

„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer festen Masse und einem festen Radius“, sagte Zahojaj. Daher verspricht es, die Astronomie im Allgemeinen über die Entstehung von Gasriesen zu lehren. „Wir glauben, dass Riesenplaneten auf zwei Arten entstehen können“, erklärt Ralf Launhardt vom MPIA. „Beide kommen in einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub vor, die sich um den jungen Wirtsstern ausbreitet.“ Beim ersten Prozess, der „Kernakkretion“ genannt wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus felsigem Material an. Sobald es eine kritische Masse erreicht, zieht seine Anziehungskraft das umgebende Gas an, was zu einer schnellen Akkretion von Wasserstoff und Helium führt und einen riesigen Planeten schafft. Im zweiten Prozess, der als „Scheibeninstabilität“ bezeichnet wird, kollabieren gravitativ instabile Bündel aus dichtem Gas auf einmal und bilden einen riesigen Planeten ohne felsigen Kern.


Abhängig von den Annahmen für diese beiden Szenarien muss das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur der jungen Gasriesen bestimmt. Daher können neue Planeten einen „Kaltstart“ oder einen „Heißstart“ erfahren, was zu spürbaren Unterschieden führt, die diese Modelle besonders in jungen Jahren unterscheiden können.

Viele Astronomen bevorzugen derzeit das Hot-Start-Kernakkretionsszenario für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da heißes Gas ein größeres Volumen einnimmt als kaltes Gas, sind deutliche Unterschiede in der Größe der beobachteten Planeten zu beachten. Dieser Größenunterschied macht sich auf jungen Planeten stärker bemerkbar. Während der ersten hundert Millionen Jahre der Abkühlung nach der Entstehung lässt dieser Effekt jedoch nach. Auf den ersten Blick widerspricht HD 114082 b den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht ins Bild eines Heißstarts. Stattdessen entspricht es eher einem Kaltstartszenario.

Interessanterweise zeigen einige etwas ältere Kandidaten aus anderen Studien das gleiche Verhalten. „Noch ist es zu früh, um den Heißstart aufzugeben“, erklärt Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten immer noch nicht sehr gut verstehen.“ HD 114082 b ist für seine Masse im Vergleich zu aktuellen Modellen deutlich zu klein. Entweder hat es einen ungewöhnlich großen festen Kern, oder die Modelle liegen falsch und unterschätzen die Geschwindigkeit, mit der diese Gasriesen abkühlen können, oder beides.

Die Entdeckung von HD 114082 b ist das Ergebnis eines großen Beobachtungsprogramms namens RVSPY (Radial Velocity Survey of Planets Around Young Stars). Es umfasst derzeit 775 Stunden Beobachtungen mit dem vom MPIA betriebenen 2,2-m-Teleskop ESO/MPG am Standort La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile über einen Zeitraum von 4,5 Jahren. RVSPY ist ein gutes Beispiel für astronomische Hochdurchsatzforschung, die an Teleskopen mit konstantem Zugang über einen langen Zeitraum durchgeführt wird. Solche Studien wären mit den neuesten Teleskopen kaum möglich, da die Beobachtungszeit für das Projekt aufgrund der hohen Nachfrage sehr begrenzt ist.

Das Ziel von RVSPY ist es, die Anzahl und Verteilung (heiß, warm und kalt) von Riesenplaneten um junge Sterne herum zu erfassen. Dafür nehmen Astronomen Zeitreihen von Spektren von 111 jungen Sternen auf, d.h. Sie zerlegen das Sternenlicht in seine grundlegenden Farbkomponenten, ähnlich wie wir es in einem Regenbogen sehen. Winzige periodische Verschiebungen in den Sternspektren können auf ein Wackeln des beobachteten Sterns hinweisen, das durch die Anziehungskraft eines umlaufenden Planeten verursacht wird. Im Allgemeinen können Sternaktivitäten wie Pulsationen oder Flares die Messungen beeinflussen, insbesondere bei jungen Sternen wie HD 114082. Die Qualität der RVSPY-Daten ist jedoch gut genug, um ein Signal eines wackeligen Sterns eindeutig zu identifizieren. Das Team schloss auch alte Archivdaten von anderen Teleskopen ein, um die Reichweite in die Vergangenheit zu erweitern.

Während Astronomen diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode verwenden, um auf die Masse und Umlaufzeit eines Planeten um seinen Stern zu schließen, müssen sie sich einer anderen Methode zuwenden, um seine Größe zu bestimmen: der Transitmethode. Er beobachtet die periodische Lichtfinsternis eines Sterns durch einen Planeten, der vor dem Stern vorbeizieht. „Die Konfiguration der fast auf der Seite liegenden Umlaufbahn des Planeten haben wir bereits vermutet, seit vor einigen Jahren ein Staubring um HD 114082 entdeckt wurde“, sagt Zahojai. „Wir hatten jedoch das Glück, in den TESS-Daten eine Beobachtung mit einer beeindruckenden Transitlichtkurve zu finden, was unsere Analyse verbessert hat.“

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ist ein NASA-Raumschiff, das nach Exoplaneten in der Nähe von Sternen in relativer Nähe zur Erde sucht. Durch die Kombination dieser Messungen fanden Zahojai und ihre Kollegen heraus, dass HD 114082 b seinen sonnenähnlichen Mutterstern alle 110 Tage in einer Entfernung von etwa 0,5 AE umkreist. Eine astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Sonne und Erde. Es ähnelt also der Umlaufbahn des Merkur um unsere Sonne.

HD 114082 b ist einer von drei jungen Riesenplaneten, die weniger als 30 Millionen Jahre alt sind und deren Masse und Größe bekannt sind. Und all dies spricht wahrscheinlich gegen die meisten herkömmlichen Hot-Start-Modelle. Obwohl Astronomen eine kleine Statistik mit drei Planeten verwenden, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten ausgestoßen werden. „Obwohl mehr solcher Planeten benötigt werden, um diesen Trend zu bestätigen, glauben wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überarbeiten sollten“, sagte Zahojaj. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungen in die Theorie der Planetenentstehung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese riesigen Planeten entstehen, und zeigen uns, wo es Lücken in unserem Verständnis gibt.“

Das Team berichtet über die Beobachtungen von HD 114082 b in einer wissenschaftlichen Arbeit, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Astronomie und Astrophysik erschien.

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siehe auch

Far Worlds – astronews.com berichtet über die Suche nach extrasolaren Planeten

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