Die am schnellsten zerfallende Welt, die je gesehen wurde, schüttet ihre Eingeweide“ für den Exoplanetenjäger der NASA aus


Eine Illustration zeigt einen Planeten, der von seinem Stern zersplittert wird und seine Eingeweide in den Weltraum entlässt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Mit Hilfe des Exoplanetenjägers TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA haben Astronomen den am schnellsten zerfallenden Planeten entdeckt, der je gesehen wurde. Der Planet zerfällt aufgrund des Bombardements seines Sterns so schnell, dass er alle eine Million Jahre Materie im Wert eines „Mondes“ verliert. Der extrasolare Planet oder „Exoplanet“ trägt den Namen BD+05 4868 Ab und umkreist passenderweise einen Stern mit der Bezeichnung BD+05 4868 A. Dieser Stern ist etwa 141 Lichtjahre entfernt, was diesen Exoplaneten auch zum nächstgelegenen zerfallenden Planeten macht, der je gesehen wurde. Das Unglück dieses Planeten BD+05 4868 Ab – und anderer zerfallender Exoplaneten – ist ein Segen für die Astronomen. Diese Situationen ermöglichen es den Wissenschaftlern, das normalerweise verborgene Innere von irdischen Welten zu erforschen.

Zwei Astronomenteams, darunter die Entdecker des beobachteten Planeten, wollen sich nun zusammentun und das leistungsstarke Infrarotauge des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) auf BD+05 4868 Ab richten, um mehr über diese unruhige Welt zu erfahren.

BD+05 4868 Ab wurde von einem Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit TESS entdeckt. Das Team, das sich ihnen anschließt und aus Forschern der Penn State University besteht, bringt eine Technik mit, mit der es kürzlich neuartige Messungen des Inneren eines felsigen Exoplaneten namens K2-22b durchgeführt hat – einer Welt von der Größe eines Neptuns, 801 Lichtjahre von der Erde entfernt.

„Diese Planeten spucken buchstäblich ihre Eingeweide für uns in den Weltraum, und mit JWST haben wir endlich die Möglichkeit, ihre Zusammensetzung zu untersuchen und zu sehen, woraus Planeten, die andere Sterne umkreisen, wirklich bestehen“, sagte Nick Tusay, Leiter des letztgenannten Teams und Forscher am Penn State’s Center for Exoplanets and Habitable Worlds, in einer Erklärung.

Beide Teams stellten ihre Arbeit am Donnerstag (17. Januar) auf der 245. Tagung der American Astronomical Society in National Harbor, Maryland, vor. „Es ist bemerkenswert, dass es so schwierig ist, das Innere von Planeten im Sonnensystem direkt zu vermessen – wir haben nur begrenzte Proben des Erdmantels und keinen Zugang zum Mantel von Merkur, Venus oder Mars – aber hier haben wir Planeten gefunden, die Hunderte von Lichtjahren entfernt sind, die ihr Inneres in den Weltraum schicken und von hinten beleuchten, damit wir es mit unseren Spektrographen untersuchen können“, sagte Jason Wright, Mitglied des Penn State Teams, in der Erklärung. „Das ist eine bemerkenswerte und zufällige Gelegenheit, das Innere von Erdplaneten zu verstehen.“

Zerfallend

Trotz der Verwendung unterschiedlicher Weltraumteleskope zur Gewinnung ihrer Ergebnisse haben sowohl das MIT- als auch das Penn-State-Team Exoplaneten gejagt und untersucht, die die Oberfläche ihrer Sterne durchqueren oder „transitieren“. Mit dieser Transitmethode wurden nicht nur Tausende von Welten im Exoplaneten-Katalog der NASA entdeckt, sondern auch die charakteristische Absorption des Lichts durch die Elemente, wenn das Sternenlicht durch die Atmosphäre eines transitierenden Planeten oder sogar durch die Trümmer um ihn herum scheint, kann einen Fingerabdruck hinterlassen. Astronomen können diese Fingerabdrücke lesen, um die Zusammensetzung des besagten Materials zu ermitteln. Diese Technik wird „Spektroskopie“ genannt. Wenn also das Innere des Planeten außen liegt, bietet die Spektroskopie eine clevere Möglichkeit, das Innere der irdischen Welten zu sehen.

Die Planeten, für die sich diese beiden Teams interessieren, sind ihren Planeten so nahe, dass sie diese in nur wenigen Stunden umkreisen. Diese Planeten sind als „ultrakurzperiodische Planeten“ oder „USPs“ bekannt. Nur ein winziger Bruchteil der USPs ist heiß genug und hat ein so geringes Oberflächengewicht, dass sie sich auflösen, so dass sie von Teleskopen auf der Erde erkannt werden können. Vor der Entdeckung von BD+05 4868 Ab gab es nur drei zerfallende Planeten unter den über 6.000 Einträgen im Exoplaneten-Katalog der NASA.


Eine Illustration zeigt einen ultrakurzlebigen Planeten mit einer Spur aus Gas und Staub, die ihm folgt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Material wird von diesen Planeten in einem dynamischen, chaotischen Prozess weggesprengt, der die Stärke des Transitsignals jedes Mal verändert, wenn ein zerfallender Planet die Oberfläche seines Sterns kreuzt. Die Planeten bilden auch eine charakteristische Staubspur, ähnlich der eines Kometen, wenn er nahe an der Sonne vorbeizieht.

„Der zerfallende Planet, der BD+05 4868 A umkreist, hat die bisher auffälligsten Staubschweife“, so Marc Hon, Leiter des MIT-Teams, in der Erklärung. „Die Staubschweife, die von dem schnell verdampfenden Planeten ausgehen, sind gigantisch. Mit einer Länge von etwa 9 Millionen Kilometern (5,6 Millionen Meilen) umkreist er alle 30,5 Stunden mehr als die Hälfte der Umlaufbahn des Planeten um den Stern.“

Der Schweif von BD+05 4868 Ab ist so dicht und groß, dass er, wenn er die Oberfläche seines Sterns kreuzt, 1 % des Lichts des Sterns blockiert, und das Transitsignal, das er erzeugt, dauert 15 Stunden.

Die Staubspur von BD+05 4868 Ab ist in zwei unterschiedliche Abschnitte unterteilt: einen, der dem Planeten auf seiner Umlaufbahn um seinen Stern vorausgeht, und einen, der ihm folgt. Das MIT-Team vermutet, dass dies auf Staubkörner unterschiedlicher Größe zurückzuführen ist. Die Spur, die dem Planeten vorausgeht, besteht aus größeren Körnern, vergleichbar mit Wüstensand, während die nachfolgende Spur feinere Körner aufweist, die Rußpartikeln ähneln.

Der Planet hat nur noch etwa die Masse des Mondes, und bei der Geschwindigkeit, mit der er Materie verliert, bedeutet das, dass er bald ganz verschwunden sein wird. „Die Geschwindigkeit, mit der der Planet verdampft, ist absolut katastrophal, und wir haben unglaubliches Glück, dass wir die letzten Stunden dieses sterbenden Planeten miterleben können“, sagte Hon.

Die beiden Teams haben gemeinsam einen JWST-Antrag eingereicht, um BD+05 4868 Ab auf die gleiche Weise wie K2-22b zu untersuchen, was bedeutet, dass die Zukunft dieses dem Untergang geweihten Exoplaneten vielversprechend ist. „Was an BD+05 4868 Ab auch sehr aufregend ist, ist die Tatsache, dass er den hellsten Wirtsstern unter den anderen zerfallenden Planeten hat – etwa 100-mal heller als K2-22 -, was ihn als Maßstab für künftige Untersuchungen solcher Systeme macht“, sagte MIT-Teammitglied Avi Shporer in der Erklärung. „Vor unserer Studie befanden sich die drei anderen bekannten zerfallenden Planeten in der Nähe schwacher Sterne, was ihre Untersuchung schwierig machte. Diese Studien haben die Gültigkeit dieses Ansatzes zum Verständnis exoplanetarer Innenräume bewiesen und die Tür zu einer völlig neuen Forschungsrichtung mit JWST geöffnet. „Die Forschungsergebnisse zu BD+05 4868 A sind auf der Website arXiv verfügbar, ebenso wie ein Papier, das die Ergebnisse zu K2-22b diskutiert.

Robert Lea

Robert Lea ist ein britischer Wissenschaftsjournalist, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt auch über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der Open University in Großbritannien. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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