Der Super-Jupiter Kappa Andromedae b, hier in einer künstlerischen Darstellung, hat eine Masse, die etwa 13-mal so groß ist wie die des Jupiters. (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger)
Auf der Grundlage neuer Simulationen glauben Wissenschaftler, dass riesige Gasplaneten im gesamten Universum oft kollidieren und zu noch größeren Gasplaneten verschmelzen können – Ungetüme, die „Super-Jupiter“ genannt werden.
Im kosmischen Vergleich ist es ein wenig ungewöhnlich, dass Jupiter der größte Planet unseres Sonnensystems ist. In mehreren anderen Sternensystemen gibt es riesige Gasplaneten, die mindestens fünfmal so groß sind wie Jupiter. Einige dieser „Super-Jupiter“ sind in der Tat so groß, wie es nur möglich ist, und gelten dennoch als Planeten. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde simuliert, wie solche Planeten entstehen könnten, und die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Super-Jupiter das Ergebnis von katastrophalen Kollisionen zwischen Gasriesen sind.
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Planetare Anhäufungen führen zu großen Ergebnissen
Astronomen haben sich jahrelang gefragt, wie sich Super-Jupiter bilden. Die zentrale Frage ist, ob diese gigantischen Welten riesig geboren wurden (aus ungewöhnlich großen Gas- und Staubklumpen in der Materialwolke, die um einen neugeborenen Stern herumwirbelt) oder ob sie klein anfingen und durch Verschmelzung mit anderen Gasriesen den Status eines Superriesen erreichten. Die Antwort könnte erklären, warum unser Sonnensystem seinen eigenen Super-Jupiter verpasst hat.
Die Astronomin Jiayin Dong vom Flatiron Institute und ihre Kollegen haben mit Hilfe von Computermodellen die Entwicklung mehrerer simulierter Sternsysteme beobachtet und dann ihre Simulationen mit Messungen der Massen und Umlaufbahnen echter Gasriesen verglichen. Die Forscher fanden heraus, dass Systeme, in denen Gasriesen kollidierten, dazu neigten, „Super-Jupiter“ mit Umlaufbahnen hervorzubringen, die denen, die Astronomen in der Realität sehen, am ähnlichsten sind.
Die massereichsten Gasriesen – Planeten mit mehr als dem Fünffachen der Jupitermasse – neigen dazu, Bahnen zu haben, die eher wie lange, gestreckte Ovale als wie Kreise aussehen. Astronomen bezeichnen diese Bahnen als „exzentrisch“, und diese Bahnen können darauf hindeuten, dass ein Planet eine turbulente Vergangenheit hat, da die Anziehungskraft anderer Planeten dazu neigt, die ordentliche, kreisförmige Bahn eines Planeten in eine exzentrische Bahn zu verwandeln. Insbesondere Super-Jupiter neigen zu exzentrischeren Umlaufbahnen als kleinere, eher Jupiter-ähnliche Gasriesen, was darauf hindeutet, dass sie sich in turbulenteren Sternensystemen gebildet haben, in denen es häufiger zu Beinahezusammenstößen und vollständigen Kollisionen zwischen Planeten gekommen sein muss.
Kleinere Gasriesen haben in solchen Systemen, die von kollidierenden Planetentitanen umgeben sind, weniger Chancen zu überleben. Aufgrund ihrer geringeren Masse ist es wahrscheinlicher, dass sie entweder aus dem System geschleudert oder in einen vorbeiziehenden „Super-Jupiter“ hineingezogen und zu dessen Masse hinzugefügt werden.
„Unsere Interpretation ist, dass kleinere warme Jupiter mit größerer Wahrscheinlichkeit herausgeschleudert werden, es ist also ein Überlebensvorteil, den wir beobachtet haben“, so Dong gegenüber kosmischeweiten.de.
Die meisten Monsterplaneten werden in einer Katastrophe geschmiedet
Wenn Dong und ihre Kollegen simulierten, was passieren würde, wenn Planeten ungewöhnlich groß wären und sich zu Super-Jupitern entwickeln würden. Sie erhielten eine Mischung aus verschiedenen Arten von Umlaufbahnen: rund, stark exzentrisch und alles dazwischen. Als die Forscher jedoch simulierten, was passiert, wenn sich riesige Gasplaneten in einer Reihe von Anhäufungen kleinerer Planeten bilden, erhielten sie eine Reihe von „Super-Jupitern“ mit sehr exzentrischen Bahnen.
Im realen Universum umkreisen die größten Super-Jupiter ihre Sterne meist in langen, engen Ovalen – genau wie die Ergebnisse der Kollisionen zwischen wandernden Riesenplaneten in den Simulationen von Dong und ihren Kollegen. Den Forschern zufolge deutet dies darauf hin, dass die meisten Super-Jupiter bei Kollisionen entstehen, die stark genug sind, um zwei Gasriesen miteinander zu verschmelzen.
„Es ist jedoch immer hilfreich, weitere Beobachtungsdaten zu erhalten, wie z. B. die Neigung der Umlaufbahn, die Zusammensetzung der Atmosphäre usw.“, sagte Dong.
Jagd nach massiven Welten
Neben diesen zusätzlichen Beweisen wollen Dong und ihre Kollegen die Bahnen weiterer Super-Jupiter – und ihrer kleineren, Jupiter-ähnlichen Nachbarn – messen.
Die Riesenplaneten in der aktuellen Studie des Teams umkreisen ihre Wirtssterne alle ziemlich nah; einige umrunden ihre Sterne einmal in wenigen Tagen, während andere bis zu drei Erdenjahre für eine volle Runde benötigen (zum Vergleich: Jupiter umkreist die Sonne einmal in 4.333 Tagen). Die Astronomen nennen diese Gasriesen „warme Jupiter“, ein wirklich massereicher Gasriese wäre also ein „warmer Super-Jupiter“. Dong und ihre Kollegen wollen aber nicht nur die Bahnen von warmen Super-Jupitern messen, sondern auch von kühleren, die weiter von ihren Sternen entfernt kreisen. Das könnte Aufschluss darüber geben, ob diese weiter entfernten Welten durch Kollisionen entstanden sind oder ob sie als einsame Riesen in den Weiten ihrer Sternsysteme begonnen haben.
Kleinere Welten – für eine Definition von „klein“, die „näher an der Größe von Jupiter, der immer noch ein Riesenplanet ist“, bedeutet – könnten Dong und ihren Kollegen helfen, ihre jüngsten Schlussfolgerungen zu überprüfen. In ihrer jüngsten Simulationsrunde neigten Super-Jupiter, die sich in einer Kette von Planetenanhäufungen bilden, dazu, kleinere Geschwister zu haben, die etwa die gleiche Masse wie unser Jupiter haben. Aber in simulierten Sternensystemen, in denen neugeborene Planeten aus ungewöhnlich großen Gasklumpen entstanden, waren alle Planeten riesige Super-Jupiter.
Dong sagt, dass ihr Team plant, den Planet Finder Spectrograph, ein Instrument auf dem Magellan-Teleskop in Chile, und das NEID-Instrument auf dem 3,5-Meter-Teleskop WIYN in Arizona zu verwenden, um sowohl nach kleineren als auch nach weiter entfernten Welten in Sternsystemen mit Super-Jupitern zu suchen. Beide Instrumente messen, wie stark ein Stern wackelt, wenn er von einem ihn umkreisenden Planeten hin- und hergezerrt wird.
