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Eine Illustration des TOI-1136 mit seinen Planeten und dem jungen Stern (Bildnachweis: Rae Holcomb/Paul Robertson/UCI)

Astronomen haben ein seltenes System von sechs jungen Planeten und einem möglichen siebten entdeckt, die um einen unbeholfenen Kinderstern tanzen.

Dieses System könnte nicht nur dringend benötigte Erkenntnisse darüber liefern, wie sich Planeten um einen jungen Stern bilden und entwickeln, sondern seine Ähnlichkeit mit dem Sonnensystem könnte den Astronomen auch eine Momentaufnahme davon liefern, wie unsere kosmische Nachbarschaft vor etwa 4 Milliarden Jahren ausgesehen haben könnte.

Die sechs, möglicherweise sieben Exoplaneten umkreisen einen relativ nahen Zwergstern in der Milchstraße namens TOI-1136, der etwa 270 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die große Anzahl von Exoplaneten in diesem System hat die Wissenschaftler dazu inspiriert, tiefer zu forschen.

„Da nur wenige Sternensysteme so viele Planeten haben wie dieses, kommt es unserem eigenen Sonnensystem von der Größe her sehr nahe“, sagte Tara Fetherolf, Mitglied des Teams und Gastprofessorin für Astrophysik an der University of California, in einer Erklärung. „Es ist sowohl ähnlich genug als auch anders genug, dass wir eine Menge lernen können.“

Ein seltenes junges Multi-Planeten-Sternsystem mit einem hyperaktiven Kinderstern

Wissenschaftler untersuchten das Planetensystem TOI-1136 zunächst mit dem Exoplanetenjäger Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA im Jahr 2019. Fetherolf und Kollegen verfolgten diese erste Studie mit Beobachtungen von mehreren Teleskopen aus weiter und konnten so die Massen der Planeten, die Form ihrer Bahnen und sogar die Eigenschaften ihrer Atmosphären ermitteln.

Die Planeten des Systems mit Namen zwischen TOI-1136 b und TOI-1136 g werden als „Sub-Neptun“-Planeten eingestuft. Die kleinste der sechs bestätigten Welten ist doppelt so groß wie die Erde, während einige ihrer Geschwisterplaneten bis zu viermal so groß sind wie unser Planet – etwa so groß wie die Eisriesen Uranus und Neptun im Sonnensystem.

Alle TOI-1136 Exoplaneten befinden sich so nahe an ihrem Mutterstern, dass sie eine Umlaufbahn in weniger als 88 Erdtagen zurücklegen. Das ist bedeutsam, denn 88 Tage ist die Umlaufzeit von Merkur, dem sonnennächsten Planeten, was bedeutet, dass alle diese Planeten ihrem Stern möglicherweise näher sind als dieser kleine Planet unserem Stern.

„Für uns sind das seltsame Planeten, weil wir in unserem Sonnensystem nichts Vergleichbares haben“, sagte Rae Holcomb, Teammitglied und Doktorandin der Physik an der University of California, in einer separaten Erklärung. „Aber je mehr wir andere Planetensysteme untersuchen, desto mehr scheint es, dass sie die häufigste Art von Planeten in der Galaxie sind.“

Eine Illustration zeigt die Planeten des TOI-1136-Systems als Enten (Bildnachweis: Rae Holcomb/UCI)

Was TOI-1136 wirklich auszeichnet, ist die Tatsache, wie jung dieser Planet und sein zentraler Zwergstern sind. TOI-1136 ist gerade einmal 700 Millionen Jahre alt, was uralt erscheinen mag, aber verglichen mit dem 4,5 Milliarden Jahre alten Sonnensystem und seinem Stern, der Sonne, ist das System ein vergleichsweise kleines Kind.

„Dies gibt uns einen Blick auf Planeten direkt nach ihrer Entstehung, und die Entstehung von Sonnensystemen ist ein heißes Thema“, sagte Fetherolf. „Jedes Mal, wenn wir ein System mit mehreren Planeten finden, erhalten wir mehr Informationen für unsere Theorien darüber, wie Systeme entstehen und wie unser System hierher kam.“

Gleich einem überaktiven menschlichen Kleinkind können diese jugendlichen Sterne aufgrund ihrer Hyperaktivität schwer zu überblicken sein. Bei Kleinkindsternen äußert sich diese Überaktivität in Form von starkem Magnetismus, häufigeren und intensiveren Sonnenflecken und verstärkten Sonneneruptionen.

Die Strahlung, die von kleinen Sternen ausgestrahlt wird, macht sie nicht nur schwer zu beobachten, sondern formt auch die Planeten, die sie umkreisen, insbesondere ihre atmosphärischen Eigenschaften.

„Junge Sterne benehmen sich dauernd daneben. Sie sind sehr aktiv, genau wie Kleinkinder. Das kann hochpräzise Messungen erschweren“, sagte Stephen Kane, Leiter des Teams und Professor für Planetenastrophysik an der University of California Riverside, in der Erklärung. „Dies wird uns nicht nur dabei helfen, einen Eins-zu-eins-Vergleich darüber anzustellen, wie sich Planeten mit der Zeit verändern, sondern auch, wie sich ihre Atmosphären in unterschiedlichen Entfernungen vom Stern entwickelt haben, was vielleicht der wichtigste Punkt ist.“

Könnte einer der Planeten von TOI-1136 Leben beherbergen?

Die Planeten des Systems TOI-1136 sind nicht nur alle relativ gleich alt, sondern liegen auch räumlich dicht beieinander. Dies gab den Forschern die Möglichkeit, etwas zu untersuchen, das in anderen Planetensystemen nicht so einfach zu untersuchen ist.

„Normalerweise untersuchen wir bei der Suche nach Planeten die Auswirkungen, die die Planeten auf ihren Stern haben. Wir beobachten, wie sich der Stern bewegt, und interpretieren das als die Gravitationswirkung, die die Planeten auf ihn ausüben“, so Kane. „Hier können wir auch sehen, wie sich die Planeten gegenseitig anziehen.

Diese Nähe ermöglichte es dem Team, eine „Resonanzkraft“ in dem System zu entdecken, die darauf hindeutet, dass eine siebte Welt die bestätigten sechs gravitativ beeinflussen könnte.

Mit Hilfe des Automated Planet Finder-Teleskops am Lick Observatory auf dem kalifornischen Mount Hamilton und des hochauflösenden Echelle-Spektrometers am W.M. Keck Observatory auf dem inaktiven Vulkan Mauna Kea auf Hawaii konnte das Team das „Wackeln“ des Zwergsterns TOI-1136 erkennen, das durch die Anziehungskraft seiner Planeten verursacht wird.

Durch die Kombination von Beobachtungen dieses „Taumelns“ mit Computermodellen und Daten der Planeten, die die Oberfläche ihres Sterns kreuzen, konnten die Forscher die Massen der Planeten mit einer noch nie dagewesenen Präzision bestimmen.

„Wir mussten viel ausprobieren, aber wir waren sehr zufrieden mit unseren Ergebnissen, nachdem wir eines der kompliziertesten Modelle für Planetensysteme in der bisherigen Exoplanetenliteratur entwickelt hatten“, sagte der Hauptautor der Studie und Doktorand in Physik an der UC Irvine, Corey Beard.

Man nimmt an, dass die ersten Anzeichen von Leben auf der Erde etwa 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems in einer Periode der Geschichte unseres Planeten entstanden sind, die als Archaikum bezeichnet wird. Wir sehen die Exoplaneten des Systems TOI-1136 an einem ähnlichen Punkt in ihrer Geschichte.

Die Chancen, dass die Planeten in diesem System Leben beherbergen können, scheinen jedoch aufgrund ihrer Nähe zu ihrem Wirtsstern bestenfalls gering zu sein. Das bedeutet, dass die intensive Strahlung des Sterns wahrscheinlich die Atmosphäre dieser Welten auflöst und gleichzeitig flüssiges Wasser kocht, eine entscheidende Voraussetzung für Leben, wie wir es kennen.

„Sind wir selten? Ich bin zunehmend davon überzeugt, dass unser System im Universum höchst ungewöhnlich ist“, so Kane abschließend. „Die Entdeckung von Systemen, die unserem eigenen so unähnlich sind, macht immer deutlicher, wie unser Sonnensystem in den breiteren Kontext der Entstehung um andere Sterne passt.“

Das Team beabsichtigt nun, das System TOI-1136 weiter zu untersuchen, um hoffentlich den siebten Planeten zu bestätigen und auch die Zusammensetzung der Atmosphären der Planeten zu bestimmen. Dies könnte mit Hilfe des James-Webb-Weltraumteleskops erreicht werden.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift The Astronomical Journal veröffentlicht.