Ein Bild des James Webb Weltraumteleskops von einer Region der Perseus-Molekülwolke namens NGC 1333, in der sechs Schurkenplaneten entdeckt wurden (Bildnachweis: ESA/Webb/NASA & CSA,/A. Scholz/K. Muzic/A. Langeveld/R. Jayawardhana)
Das James Webb Space Telescope (JWST) hat ein halbes Dutzend frei schwebender Planeten identifiziert, die allein in der Perseus-Molekülwolke umherziehen.
Die Planeten, die zwischen dem Fünf- und Zehnfachen der Masse des Jupiters liegen, umkreisen selbst keinen Stern. Man nimmt an, dass sie sich alle wie Sterne gebildet haben, indem sie direkt aus interstellarem Gas kondensierten. Einer der abtrünnigen Planeten ist von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, aus der sich Monde oder vielleicht sogar „Mini-Planeten“ bilden.
Es ist nicht das erste Mal, dass das JWST frei schwebende Planeten entdeckt hat. Im Jahr 2023 beispielsweise fanden Astronomen, die das leistungsstarke Observatorium nutzen, etwa 40 binäre Paare von frei schwebenden Gasriesenplaneten im Orionnebel. Aber die sechs neu entdeckten Objekte im Reflexionsnebel und offenen Sternhaufen NGC 1333, der etwa 960 Lichtjahre von uns entfernt ist, geben deutliche Hinweise darauf, wie sie entstanden sind.
Obwohl JWST über die Empfindlichkeit verfügt, Schurkenplaneten aufzuspüren, die kleiner sind als das Fünffache der Jupitermasse, wurden in NGC 1333 keine gefunden. Diese Tatsache wirft ein beachtliches Licht darauf, wie sich diese frei schwebenden Planeten gebildet haben. Die Planeten unseres Sonnensystems sind in einem Bottom-up-Prozess entstanden, bei dem sie sich aus Rohstoffen in einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub, die die Sonne umgibt, gebildet haben und dabei immer größer geworden sind.
Die andere Art der Planetenentstehung ist ein Top-Down-Prozess, der beschreibt, wie sie unter der Schwerkraft direkt aus einer Gas- und Staubwolke kollabieren, genau wie ein Stern. Das Fehlen frei schwebender Planeten im Bereich der ein- bis fünffachen Jupitermasse deutet stark darauf hin, dass fünf Jupitermassen die untere Grenze für den Top-down-Bildungsprozess darstellen. Natürlich könnte es viele felsige, erdgroße Welten geben, die aus ihren Planetensystemen herausgeschleudert wurden, aber diese wären wahrscheinlich zu klein, um von JWST entdeckt zu werden.
„Unsere Beobachtungen bestätigen, dass die Natur Objekte mit planetarischer Masse auf mindestens zwei verschiedene Arten hervorbringt – durch das Zusammenziehen einer Gas- und Staubwolke, wie bei der Entstehung von Sternen, und in Gas- und Staubscheiben um junge Sterne, wie es bei Jupiter in unserem eigenen Sonnensystem der Fall war“, sagte der Astrophysiker Ray Jayawardhana von der Johns Hopkins University, der an den neuen Entdeckungen beteiligt war.
Dies ist bemerkenswert, denn es zeigt, dass sich die kleinsten Objekte, die sich auf die gleiche Weise wie Sterne bilden, in Größe und Masse mit einigen der größten Welten überschneiden, die sich vermutlich von unten nach oben bilden und um Sterne kreisen.
Die Entdeckungen verwischen also weiter die Grenzen zwischen dem, was ein Planet ist, und dem, was keiner ist. Um als Stern zu gelten, muss ein Objekt Kernfusionsreaktionen von Wasserstoff zu Helium durchlaufen, um Energie zu erzeugen. Die geringste Masse, die dies ermöglicht, indem sie die erforderliche Kerntemperatur und den erforderlichen Druck erzeugt, liegt bei etwa 9 % der Masse unserer Sonne bzw. bei der 93-fachen Masse des Jupiters. Unterhalb dieser Mindestmasse gibt es Braune Zwerge, gasförmige Objekte, die zwar keine Sterne sind, aber zu massiv, um Planeten zu sein. Einige von ihnen können eine Zeit lang Energie aus der Kernfusion von Deuterium erzeugen. Braune Zwerge haben Massen bis hinunter zum 13-fachen der Masse des Jupiters. Man ging davon aus, dass alles, was kleiner ist, kein Deuterium verbrennen kann und ein Planet in der Umlaufbahn um einen Stern ist.
Die von JWST in NGC 1333 und zuvor im Orionnebel entdeckten Schurkenwelten stellen diese Annahme in Frage. Sie mögen zwar nicht massiv genug sein, um Energie aus der Fusion von Deuterium zu erzeugen, aber sie befinden sich nicht in einer Umlaufbahn um einen anderen Stern und bilden sich genauso wie braune Zwerge und Sterne.
„Wir erforschen die Grenzen des Sternentstehungsprozesses“, sagte Adam Langeveld, ein Astrophysiker, der ebenfalls an der Johns Hopkins University arbeitet und die neuen Erkenntnisse leitete. „Wenn man ein Objekt hat, das wie ein junger Jupiter aussieht, ist es dann möglich, dass es unter den richtigen Bedingungen zu einem Stern werden könnte? Das ist ein wichtiger Zusammenhang für das Verständnis der Entstehung von Sternen und Planeten.
Erschwerend kommt hinzu, dass der massearmste der sechs entdeckten frei schwebenden Planeten von einer protoplanetaren Scheibe umgeben zu sein scheint. Ob die Objekte, die sich aus dieser Scheibe bilden, als Miniplaneten oder Monde eingestuft werden, ist eine Frage für die Zukunft.
Unbestritten ist, dass braune Zwerge Planeten umkreisen können, und zusätzlich zu den sechs neu entdeckten Schurkenwelten entdeckte das Team um Langeveld und Jayawardhana auch einen braunen Zwerg in NGC 1333 mit einem Planeten, was an sich schon ein recht seltener Fund ist.
„Es ist wahrscheinlich, dass sich ein solches Paar auf die gleiche Weise wie Doppelsternsysteme gebildet hat, nämlich aus einer Wolke, die sich beim Zusammenziehen zersplittert hat“, so Jayawardhana. „Die Vielfalt der Systeme, die die Natur hervorgebracht hat, ist bemerkenswert und zwingt uns, unsere Modelle der Stern- und Planetenbildung zu verfeinern.“
Der nächste Schritt besteht darin, die sechs frei schwebenden Welten mit JWST zu verfolgen und ihre Atmosphären zu charakterisieren, um mehr über ihre Zusammensetzung zu erfahren und wie sie sich von Braunen Zwergen und normalen Sternen unterscheiden.
Die Forschung wurde zur Veröffentlichung in The Astronomical Journal angenommen, und ein Vorabdruck ist über arXiv.org verfügbar.
