Riesiger Planet, der „nicht existieren sollte“, ist zu groß für seinen kümmerlichen Stern: ScienceAlert

By | December 1, 2023

Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Bauer, der im Hühnerstall nach Eiern sucht – doch statt eines Hühnereis finden Sie ein Straußenei, viel größer als alles, was ein Huhn legen könnte.

So ging es unserem Astronomenteam, als wir Anfang des Jahres einen massereichen Planeten entdeckten, der mehr als 13-mal schwerer als die Erde war und einen kühlen, dunkelroten Stern umgab, der neunmal weniger massereich als die Sonne der Erde war. .

Der kleinste Stern, M-Stern genannt, ist nicht nur kleiner als die Sonne im Sonnensystem der Erde, sondern auch 100-mal weniger leuchtend. Ein solcher Stern hätte nicht die nötige Menge an Material in seiner Planetenscheibe, um einen derart massereichen Planeten entstehen zu lassen.

Der Planetenfinder für bewohnbare Zonen

Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat unser Team an der Penn State University ein neues Instrument entworfen und gebaut, mit dem Licht dieser schwachen, kühlen Sterne bei Wellenlängen erfasst werden kann, die über die Empfindlichkeit des menschlichen Auges hinausgehen – im nahen Infrarot –, wo diese kühlen Sterne am meisten emittieren. Teil deiner Energie. Dein Licht.

Unser am 10-Meter-Hobby-Eberly-Teleskop in West-Texas angebrachtes Instrument namens Habitable Zone Planet Finder kann die subtile Änderung der Geschwindigkeit eines Sterns messen, wenn ein Planet ihn gravitativ anzieht. Diese als Doppler-Radialgeschwindigkeitstechnik bezeichnete Technik eignet sich hervorragend zur Erkennung von Exoplaneten.

„Exoplanet“ ist eine Kombination aus den Wörtern „extrasolar“ und „Planet“, daher bezieht sich der Begriff auf jeden Körper von der Größe eines Planeten, der sich in einer Umlaufbahn um einen anderen Stern als die Sonne der Erde befindet.

Vor dreißig Jahren ermöglichten Doppler-Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen die Entdeckung von 51 Pegasi b, dem ersten bekannten Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. In den folgenden Jahrzehnten verbesserten Astronomen wie wir diese Technik.

Diese immer präziseren Messungen haben ein wichtiges Ziel: die Entdeckung von Gesteinsplaneten in bewohnbaren Zonen zu ermöglichen, den Regionen um Sterne, in denen flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche aufrechterhalten werden kann.

Die Doppler-Technik ist noch nicht in der Lage, Planeten in bewohnbaren Zonen mit erdgroßer Masse um sonnengroße Sterne zu entdecken. Aber kühle, schwache M-Sterne zeigen eine größere Doppler-Signatur für denselben erdgroßen Planeten.

Die geringere Masse des Sterns führt dazu, dass er stärker vom umlaufenden Planeten angezogen wird. Und eine geringere Leuchtkraft führt zu einer näheren bewohnbaren Zone und einer kürzeren Umlaufbahn, wodurch der Planet auch leichter zu erkennen ist.

Die Planeten um diese kleineren Sterne waren die Planeten, die unser Team entworfen hat, um den Habitable Zone Planet Finder zu entdecken. Unsere in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte neue Entdeckung eines massereichen Planeten, der in der Nähe des kühlen, schwachen M-Sterns LHS 3154 – dem Straußenei im Hühnerstall – kreist, war eine echte Überraschung.

LHS 3154b: Der Planet, der nicht existieren sollte

Planeten entstehen in Scheiben aus Gas und Staub. Diese Scheiben sammeln Staubkörner, die sich in Kieselsteine ​​verwandeln und sich schließlich zu einem festen Planetenkern verbinden.

Sobald der Kern gebildet ist, kann der Planet festen Staub sowie umgebende Gase wie Wasserstoff und Helium gravitativ anziehen. Um dies erfolgreich zu bewerkstelligen, bedarf es jedoch einer Menge Knete und Material. Diese Art der Planetenbildung wird zentrale Akkretion genannt.

Ein Stern mit einer so geringen Masse wie LHS 3154, neunmal weniger massereich als die Sonne, sollte eine entsprechend massearme Planetenscheibe haben.

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Eine künstlerische Darstellung von LHS 3154b. Videonachweis: Abby Minnich.

Eine typische Scheibe um einen massearmen Stern sollte einfach nicht über genügend feste Materialien oder Masse verfügen, um einen Kern zu bilden, der schwer genug ist, um einen solchen Planeten zu erschaffen.

Aus von unserem Team durchgeführten Computersimulationen kommen wir zu dem Schluss, dass ein solcher Planet eine Scheibe benötigt, die mindestens zehnmal massereicher ist, als normalerweise aufgrund direkter Beobachtungen von Planeten bildenden Scheiben angenommen wird.

Eine andere Theorie zur Planetenentstehung, die Gravitationsinstabilität – bei der Gas und Staub in der Scheibe direkt kollabieren und einen Planeten bilden – hat ebenfalls Schwierigkeiten, die Entstehung eines solchen Planeten ohne eine sehr massive Scheibe zu erklären.

Planeten um die häufigsten Sterne

Kühle, schwache M-Sterne sind die häufigsten Sterne in unserer Galaxie. In der DC-Comicgeschichte umkreiste Supermans Heimatwelt, der Planet Krypton, einen M-Zwergstern.

Astronomen wissen aus Entdeckungen mit dem Habitable Zone Planet Finder und anderen Instrumenten, dass Riesenplaneten in engen Umlaufbahnen um die massereichsten M-Sterne mindestens zehnmal seltener sind als solche um sonnenähnliche Sterne. .

Und wir wussten bis zur Entdeckung von LHS 3154b von keinem Planeten dieser Masse in engen Umlaufbahnen um die masseärmsten M-Sterne.

Wenn wir verstehen, wie sich Planeten um unsere kühleren Nachbarn bilden, können wir besser verstehen, wie Planeten im Allgemeinen entstehen und wie Gesteinswelten um die zahlreichsten Sterntypen entstehen und sich entwickeln. Diese Forschungsrichtung könnte Astronomen auch dabei helfen, zu verstehen, ob M-Sterne Leben beherbergen können.Die Unterhaltung

Suvrath Mahadevan, Verne M. Willaman Professor für Astronomie und Astrophysik, Penn State; Guðmundur Kári Stefánsson, NASA Hubble Fellow, Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, und Megan Delamer, Doktorandin, Department of Astronomy, Penn State

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

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