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Eine Illustration eines abtrünnigen Planeten, der von einem „gekippten Tatooine“-Binärsternsystem ausgestoßen wird (Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Robert Lea (erstellt mit Canva))

Star-Wars-Fans werden sich bestimmt über Binärsternsysteme freuen, die den Spitznamen „Tatooine“-Systeme tragen – eine Anspielung auf den Planeten, auf dem Luke Skywalker steht und die Zwillingssonnen in Star Wars: Eine neue Hoffnung betrachtet. Wie sich herausstellte, hatten einige der Planeten in den realen Versionen dieser Systeme vielleicht auch einen viel wörtlicheren Spaß daran.

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass „abtrünnige Planeten“, die in der Milchstraße umherwandern – d. h. Planeten, die von ihren Muttersternen isoliert sind und als kosmische Waisen leben – möglicherweise aus Doppel- oder Doppelsternsystemen herausgeschleudert werden. Aber es gibt eine (buchstäbliche) Wendung!

Das Team fand heraus, dass Schurkenplaneten mit größerer Wahrscheinlichkeit speziell aus „verdrehten Tatooine“-Systemen ausgestoßen werden. Dabei handelt es sich um Systeme, in denen die Sterne und die sie umkreisenden Planeten falsch ausgerichtet sind und somit in einem schiefen Winkel zueinander stehen.

Mit der Verbesserung der Teleskope ist die Entdeckung dieser Schurkenplaneten so weit angestiegen, dass die Astronomen davon ausgehen, dass es in der Milchstraße weitaus mehr freischwebende Planetenkörper gibt als Sterne in gemütlichen Anordnungen, wie das Sonnensystem. Jüngste Projekte schätzen die Zahl der aus ihren Heimatsystemen in unserer Galaxie herausgeschleuderten Schurkenplaneten auf eine Billiarde (10 gefolgt von 14 Nullen). Diese neuen Erkenntnisse von Twisted-Tatooine könnten dazu beitragen, zu erklären, warum Schurkenplaneten so häufig sind.

„Ein normales Planetensystem, wie unser Sonnensystem, besteht aus mehreren Planeten, die einen einzigen Stern umkreisen. Andererseits sind Doppelsterne auch häufig, sie machen mehr als 50 % der Sternsysteme aus“, erklärt Cheng Chen, Teamleiter und Astrophysiker an der Universität Leeds, gegenüber kosmischeweiten.de. „Wenn es Planeten gibt, die um einen Doppelstern kreisen, nennen wir es ein ‚zirkumbinäres Planetensystem‘.“

Wir wissen zwar, dass die Planetenbildung ein Nebenprodukt der Sternentstehung ist, aber wir kennen die Produktionsraten von Planeten noch nicht. Das liegt daran, dass wir nicht sicher sein können, wie viele von ihnen aus ihren Systemen herausgeschleudert werden und in der Galaxie als schwer zu entdeckende Eiskörper umherwandern. Dabei handelt es sich um Körper, die weder von einem Mutterstern beleuchtet noch aufgeheizt werden.

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„Eine genauere Bestimmung der Demografie von Schurkenplaneten kann uns helfen, das letzte Teil des Puzzles der Planetenentstehung zu vervollständigen“, sagte Chen.

Er erklärte weiter, dass die Bahnebenen einiger dieser Planeten möglicherweise nicht mit den Bahnebenen ihrer Doppelsterne übereinstimmen. Astronomen nennen diese „geneigte zirkumbinäre Planeten“, und ihre Untersuchung könnte den vorherrschenden Mechanismus für die Entstehung frei schwebender Planeten aufdecken.

aus ihrem kosmischen Zuhause geworfen

Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich verwaiste Planeten um junge Sterne bilden, genau wie Planeten, die an ihre stellaren Eltern „gebunden“ bleiben. Sterne werden im Grunde aus einer kollabierenden Gas- und Staubwolke geboren, aber bei diesem Prozess wird nicht das gesamte Material in der Wolke verzehrt, so dass Sterne von „protoplanetaren Scheiben“ umgeben bleiben. Übermäßig dichte Regionen dieser Scheiben kollabieren und lassen Planeten entstehen. Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden auf diese Weise das Sonnensystem und seine Planeten, darunter die Erde.

Es wird angenommen, dass die Zeit nach der Planetenentstehung für diese jungen Systeme besonders chaotisch ist, was zu „chaotischen“ gravitativen Wechselwirkungen führt, die Planeten ausstoßen können.

Die Forscher stellen die Theorie auf, dass unser Sonnensystem während einer chaotischen Periode, die als „späte Instabilität“ bezeichnet wird, einst einen fünften Riesenplaneten neben Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun besessen haben könnte. Die Idee ist, dass dieser „zusätzliche“ Planet aus seiner Umlaufbahn verschoben wurde, woraufhin die Gravitationswechselwirkungen mit den anderen Riesenplaneten dazu geführt haben, dass der unglückliche Planet ganz aus dem Sonnensystem verbannt wurde.

Chen und sein Team konzentrierten sich jedoch nicht auf ein relativ einfaches Ein-Stern-System wie das Sonnensystem, um die Herkunft von Schurkenplaneten zu untersuchen. Stattdessen konzentrierten sie sich auf komplexere Doppelsternsysteme, wie dasjenige, das man in diesem ikonischen Sonnenuntergang über Tatooine sieht.

Ein Diagramm, das ein „verdrehtes Tatooine“-Sternensystem mit einem Doppelstern in seinem Zentrum und zwei falsch ausgerichteten Planeten auf unterschiedlichen Bahnebenen zu ihren Sternen zeigt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

„Probleme mit drei oder mehr Körpern sind viel komplizierter als Probleme mit zwei Körpern. Der innere Doppelstern kann den Planeten aufgrund von dynamischen Effekten stören“, sagte Chen. „Andererseits können auch Planet-Planet-Wechselwirkungen die Planetenumlaufbahnen stören.

Das Team simulierte Planetensysteme, in denen zwei Planeten durch eine gewisse Entfernung von ihren Sternen getrennt sind und Bahnen verfolgen, die im Verhältnis zur Bahn der zentralen Doppelsterne geneigt sind.

Chen und seine Kollegen experimentierten mit einer Vielzahl von Systemen, die sich durch unterschiedliche Bahnneigungen und Abstände der Planeten auszeichnen. Sie spielten auch mit den Massen der beteiligten Planeten, wobei immer ein Planet massereicher als der andere war.

„Wir haben herausgefunden, dass ein massereicher Planet wie Jupiter andere kleinere Planeten in der Umgebung des Doppelsternsystems stören und aus dem System werfen kann. Dies kann passieren, wenn zwei Planeten nahe beieinander sind oder wenn sie sich in Resonanzregionen befinden“, sagte Chen.

Eine Illustration zeigt einen kalten, verwaisten Schurkenplaneten, der aufgrund des Fehlens eines Muttersterns mit Eis bedeckt ist und keine eigene Lichtquelle besitzt. (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Der Forscher der Universität Leeds erklärte weiter, dass die frühere Studie des Teams ergab, dass zwei jupitergroße Planeten um einen einzelnen Stern instabil werden können, wenn ihr Abstand sehr gering ist, weniger als das Zweifache der Entfernung zwischen Erde und Sonne. In dieser Studie fanden sie jedoch heraus, dass ein gekippter massereicher Planet um einen Doppelstern auch dann kleine Planetenauswürfe verursachen kann, wenn ihre Abstände größer sind.

Dies überraschte Chen und seine Kollegen, denn es zeigte sich, dass aus verdrehten Tatooine-Systemen eine größere Vielfalt an Planeten ausgestoßen werden kann als bisher angenommen.

„Ursprünglich dachten wir, dass nur zwei massereiche Planeten um den Doppelstern herum ausgestoßen werden könnten, da die dynamischen Effekte zwischen den beiden Planeten und die Wechselwirkungen zwischen Planet und Doppelstern sehr stark sind“, sagte Chen. „Wir hatten nicht erwartet, dass kleine Planeten so effizient herausgeschleudert werden können. Infolgedessen könnten zirkumbinäre Systeme Schurkenplaneten hervorbringen, die von klein bis groß reichen.“

„Kleine Planeten sind häufiger als massereiche Planeten“, fuhr er fort. „Folglich könnten diese Systeme zur Population der Schurkenplaneten im Universum beitragen.“

Das bedeutet, dass die vom Team untersuchten Systeme für die vorhergesagte Fülle an erdgroßen Schurkenplaneten verantwortlich sein könnten.

Chen erklärte, dass das Team derzeit nach anderen Mechanismen sucht, die ebenfalls Schurkenplaneten hervorbringen könnten. Dazu gehört die Möglichkeit, dass andere Sterne an Planetensystemen vorbeifliegen und eine Gravitationsstörung verursachen, die dazu führt, dass ein Planet verbannt wird. Dies könnte ein recht effizienter Weg zur Entstehung von Schurkenplaneten sein, sei es um einen einzelnen Stern herum oder in einem Doppelsternsystem.

Chen wird seine Untersuchungen über Schurkenplaneten wahrscheinlich nicht aufgeben. Das bedeutet, dass die Bemühungen des taiwanesischen Astronomen dazu beitragen könnten, diese kosmischen Waisenkinder, die von ihren Sternen losgelöst sind, „aus der Kälte zu holen“ – zumindest im übertragenen Sinne.

„Ich mag Planeten! Als ich 8 Jahre alt war, beschloss ich, Astronom zu werden, und studierte die neun Planeten unseres Sonnensystems, bevor Mike Brown das änderte, indem er den Pluto neu klassifizierte“, scherzte Chen. „Heutzutage sind jedoch mehr als 10.000 Exoplaneten gefunden worden, die unerwartete Eigenschaften aufweisen, die wir untersuchen können. Schurkenplaneten sind nicht allein; wir sollten sie nicht als Waisen zurücklassen, sondern als Mitglieder unserer Planetenfamilie betrachten.“

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.