Eine Illustration des „Zuckerwatte“-Planeten WASP-193 b, des zweitleichtesten Planeten im Exoplaneten-Katalog (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Astronomen haben einen neuen Planeten außerhalb des Sonnensystems entdeckt, der so flauschig und leicht wie Zuckerwatte ist.
Der extrasolare Planet oder „Exoplanet“ namens WASP-193 b ist etwa 1,5 Mal so groß wie Jupiter, hat aber nur etwas mehr als ein Zehntel der Masse des Gasriesen im Sonnensystem. Damit ist er der zweitleichteste Planet im Exoplaneten-Katalog, der über 5.400 Einträge enthält. Nur die neptunähnliche Welt Kepler 51 d ist leichter als WASP-193 b.
Rund 1.200 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist WASP-193 b seinen Stern in einer Entfernung von rund 6,3 Millionen Meilen, was etwa dem 0,07-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne entspricht. Das bedeutet, dass er eine Umrundung seines sonnenähnlichen Sterns WASP-193 in nur 6,2 Erdtagen absolviert.
Die Entdeckung von WASP-193 b vergrößert die große und wunderbare Vielfalt der Planeten außerhalb des Sonnensystems, was in diesem Fall den Wissenschaftlern helfen könnte, Modelle über die Entstehung von Planeten neu zu definieren.
„Diese riesigen Objekte mit einer so geringen Dichte zu finden, ist sehr, sehr selten“, sagte der Co-Leiter des Entdeckungsteams und Postdoc Khalid Barkaoui vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in einer Erklärung. „Es gibt eine Klasse von Planeten, die Puffy Jupiters genannt werden, und es ist nun schon seit 15 Jahren ein Rätsel, was sie sind. Und dies ist ein Extremfall dieser Klasse“.
Inhaltsübersicht
Fluffy World ist ein „Ausreißer“ in den Modellen zur Planetenbildung
Das MIT-Team entdeckte WASP-193 b mit Hilfe des WASP-Systems (Wide Angle Search for Planets), das aus zwei robotischen Observatorien und Teleskopen besteht, eines auf der nördlichen und eines auf der südlichen Hemisphäre.
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WASP identifizierte den aufgeblasenen Gasriesenplaneten anhand winziger Einbrüche im Sternenlicht, die entstehen, wenn er die Oberfläche seines Sterns kreuzt oder „transitiert“. Diese Transits ermöglichten es den Forschern auch, die Größe des Planeten plus Jupiter und seine Umlaufzeit (wie lange er für einen Umlauf um seinen Stern braucht) zu bestimmen.
Die Masse von WASP-193 b wurde durch Beobachtung der Gravitationskraft bestimmt, die er auf seinen Stern ausübt, während er ihn umkreist. Dies führt zu einer „Taumelbewegung“ des Sterns, die sich in einer Verschiebung der Wellenlängen des von ihm ausgehenden Lichts äußert. Das Ausmaß der Verzerrung gibt den Wissenschaftlern Aufschluss über die Masse des Planeten. In diesem Fall ist WASP-193 b jedoch so leicht, dass seine Anziehungskraft auf seinen Stern mit dieser „Radialgeschwindigkeits“-Methode nicht zu erkennen ist.
„Normalerweise sind große Planeten ziemlich leicht zu entdecken, weil sie in der Regel massiv sind und eine große Anziehungskraft auf ihren Stern ausüben“, sagte Julien de Wit, ein Assistenzprofessor am MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences. „Aber das Schwierige an diesem Planeten war, dass er zwar groß – riesig – ist, aber seine Masse und Dichte so gering sind, dass es sehr schwierig war, ihn nur mit der Radialgeschwindigkeitsmethode zu entdecken. Das war eine interessante Wendung.“
Es dauerte vier Jahre der Beobachtungen mit WASP, um ein winziges, aber nachweisbares „Wobble“-Signal von diesem Stern zu erhalten und die Masse dieses Gasriesen-Exoplaneten zu bestimmen, der ihn umkreist. Damit wurde bestätigt, dass WASP 193 b so „fluffig“ ist, dass er Konzepte der Planetenbildung in Frage stellt.
„Wir haben anfangs extrem niedrige Dichten erhalten, was anfangs sehr schwer zu glauben war“, sagte Francisco Pozuelos, ein leitender Forscher am Institut für Astrophysik von Andalusien, der das Team mit leitet. „Wir wissen nicht, wo wir diesen Planeten in all den Bildungstheorien, die wir derzeit haben, einordnen sollen, denn er ist ein Ausreißer aus allen Theorien.
„Wir können nicht erklären, wie dieser Planet auf der Grundlage der klassischen Evolutionsmodelle entstanden ist.“
Eine Illustration des bauschigen Exoplaneten WASP-193 b um seinen sonnenähnlichen Stern (Bildnachweis: K. Ivanov)
Um sich ein Bild davon zu machen, wie leicht und luftig WASP-193 b ist: Die Erde hat eine Dichte von 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter, während der Gasriese Jupiter im Sonnensystem eine Dichte von etwa 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter aufweist. WASP-193 b hat eine Dichte von nur 0,059 Gramm pro Kubikzentimeter. Zuckerwatte ist mit einer Dichte von etwa 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter in etwa vergleichbar.
„Der Planet ist so leicht, dass es schwierig ist, an ein analoges Material in festem Zustand zu denken“, erklärt Barkaoui. „Der Grund, warum er der Zuckerwatte so ähnlich ist, liegt darin, dass beide eher aus leichten Gasen als aus Feststoffen bestehen. Der Planet ist im Grunde genommen superfluffig.“
Das Team geht davon aus, dass WASP-193 b wie Jupiter und andere Gasriesen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Sie gehen davon aus, dass diese Gase eine massiv überblähte Atmosphäre bilden, die zehntausende von Kilometern breiter ist als die Atmosphäre des Jupiters.
Die aufgeblähte Atmosphäre ist wahrscheinlich das Ergebnis der Bombardierung von WASP-193 b durch die Strahlung seines nahen Sterns. Das Team weiß jedoch noch nicht genau, wie WASP-193 b seine aufgeblähte Atmosphäre aufrechterhalten hat, da die Modelle zur Planetenbildung dies nicht berücksichtigen.
„Eine genauere Betrachtung seiner Atmosphäre wird es uns ermöglichen, den Entwicklungspfad dieses Planeten zu ermitteln“, sagte Pozuelos.
Um Informationen über die Atmosphäre von WASP-193 b zu sammeln und hoffentlich die Geheimnisse seiner Entstehung zu lüften, wird sich das Team einer von de Wit entwickelten Technik bedienen. Diese Technik nutzt auch die Einbrüche im Sternenlicht, die ein Planet verursacht, wenn er die Oberfläche seines Sterns durchquert, um atmosphärische Eigenschaften wie Temperatur, Zusammensetzung und Druck in verschiedenen Tiefen zu bestimmen.
Das Team ist außerdem der Meinung, dass WASP-193 b ein ideales Exoplaneten-Ziel für das James Webb Space Telescope (JWST) sein könnte.
„Je größer die Atmosphäre eines Planeten ist, desto mehr Licht kann hindurchdringen“, schloss de Wit. „Es ist also klar, dass dieser Planet eines der besten Ziele ist, die wir für die Untersuchung atmosphärischer Effekte haben. Er wird ein Stein von Rosette sein, um das Rätsel der geschwollenen Jupiter zu lösen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag (14. Mai) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
