Künstlerische Darstellung eines beringten Exoplaneten. (Robin Dienel/Carnegie Institution for Science) Während wir in der Milchstraße immer mehr Exoplaneten finden – inzwischen geht ihre Zahl in die Tausende – entdecken Astronomen einige seltsame Objekte, die es im Sonnensystem nicht gibt. Ein solches Phänomen sind die seltsam flauschige „Super-Puff“-Planeten – so groß wie Gasriesen, aber viel, viel weniger massiv.
Wie genau diese Planeten existieren können, war für Astronomen ein Rätsel. In extremen Fällen können Super-Puff-Planeten eine Masse von nur etwa 1 bis 2 Prozent der Masse eines Gasriesen ähnlicher Größe haben. Jetzt haben Forscher die Zahlen ausgewertet und eine neue Erklärung gefunden: Was wäre, wenn es sich tatsächlich um kleinere Planeten mit riesigen Ringen handelte?
Dies könnte einige der seltsameren Aspekte von Super-Puff-Planeten lösen und uns dabei helfen, ein Merkmal zu finden, das sich bisher auf Exoplaneten als schwer fassbar erwiesen hat: Planetenringe.
„Grundsätzlich sollten Ringe anhand detaillierter photometrischer oder spektroskopischer Änderungen an Transiten erkennbar sein. „Die Schwierigkeit besteht darin, dass solche Signale subtil und in den aktuellen Daten schwer zu erkennen sind“, schrieben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Es gibt offensichtlich immer noch vieles, was wir über die Ringe von Exoplaneten nicht wissen.“
Super-Puff-Exoplaneten werden mit der Transitmethode entdeckt. Hierbei untersucht ein Teleskop einen Stern im Laufe der Zeit und sucht nach regelmäßigen Einbrüchen im Licht des Sterns. Wenn Einbrüche in der gleichen Tiefe und mit der gleichen Zeitspanne zwischen den einzelnen Einbrüchen auftreten, kann man von einem Exoplaneten ausgehen.
Die Lichtmenge, die der Stern umgibt, kann dann verwendet werden, um die physikalische Größe des Exoplaneten zu berechnen. Mit einer weiteren Methode lässt sich die Masse des Exoplaneten berechnen: Wenn Planeten ihre Sterne umkreisen, üben sie tatsächlich einen eigenen Gravitationseinfluss aus, der dazu führt, dass der Stern ganz leicht wackelt. Das Ausmaß dieser Schwankung wird durch die Masse des Planeten bestimmt.
Im Falle von Super-Puffs ergeben die Transiteinbrüche eine massiv unverhältnismäßig große Größe im Vergleich zu der Masse, die aus der Bewegung des Sterns abgeleitet wird. Das brachte die Astronomen Anthony Piro von der Carnegie Institution for Science und Shreyas Vissapragada vom Caltech dazu, sich zu fragen, was zum Teufel los war.
Zuerst begannen sie darüber nachzudenken, welche Arten von Objekten eine so große Größe, aber eine so geringe Dichte haben könnten. Diese Idee veranlasste sie, über Planetenringe nachzudenken.
„Wir begannen darüber nachzudenken, was wäre, wenn diese Planeten überhaupt nicht luftig wie Zuckerwatte wären?“ sagte Piro . „Was ist, wenn die Super-Puffs so groß erscheinen, weil sie tatsächlich von Ringen umgeben sind?“
Vier der Planeten im Sonnensystem haben Ringe – Jupiter , Saturn, Neptun und Uranus. Allerdings sind nur Saturns groß, dick und hervorstehend.
Da so viele Planeten im Sonnensystem Ringe haben, liegt es nahe, dass auch viele Exoplaneten Ringe haben. Aber normalerweise betrachten wir diese Objekte aus einer Entfernung von vielen Lichtjahren und können die Planeten meist nicht direkt sehen – daher scheint es eher unmöglich, Ringe zu entdecken. Oder ist es?
„Wir begannen uns zu fragen: Würden Sie Saturn als Ringplaneten erkennen, wenn Sie aus einer fernen Welt auf uns zurückblicken würden, oder würde er einem außerirdischen Astronomen wie ein aufgeblähter Planet erscheinen?“ sagte Vissapragada .
Im nächsten Schritt wandten sie sich der Modellierung zu, um herauszufinden, ob Ringe die Größe bekannter Super-Puff-Planeten erklären könnten. Die Antwort war für einige von ihnen ja. Aber nicht alles.
„Diese Planeten neigen dazu, in unmittelbarer Nähe ihrer Muttersterne zu kreisen, was bedeutet, dass die Ringe eher felsig als eisig sein müssten.“ sagte Piro . „Aber die Ringradien von Felsen können nur so groß sein, es sei denn, das Gestein ist sehr porös, sodass nicht jeder Super-Puff diese Einschränkungen erfüllen würde.“
Es gab auch einige andere Vorbehalte. Der Planet müsste zu einer ovaleren Form abgeflacht werden, um eine Verformung der Ringe zu verhindern; Saturn ist der der am stärksten abgeflachte Planet im Sonnensystem aufgrund seiner hohen Rotationsgeschwindigkeit. Exoplaneten, die es gibt gezeitengesperrt zu ihrem Stern – das heißt, ihre Rotation hat die gleiche Periode wie ihre Umlaufbahn – rotiert möglicherweise zu langsam, um diese Form zu erzeugen.
Angesichts dieser Einschränkungen erwiesen sich insbesondere drei Exoplaneten als gute Kandidaten für Ringe. Kepler 87c Und Kepler 117c sind beide größer als Neptun, haben aber nur eine 6,4- bzw. 7,5-fache Masse der Erde, was ihre Dichte tatsächlich sehr gering macht.
Der dritte, HIP 41378f , wurde angekündigt, als Piro und Vissapragada ihr Manuskript fertigstellten – und sie fanden es im Kontext ihrer Ergebnisse „besonders spannend“, da es alle ihre Anforderungen genau erfüllt. Tatsächlich ist die Papier, das die Entdeckung ankündigt sogar Ringe als mögliche Erklärung für die seltsamen Eigenschaften des Exoplaneten erwähnt.
Unsere aktuellen Instrumente sind nicht leistungsstark genug, um nach Ringen zu suchen, aber das Team geht davon aus, dass das James Webb-Weltraumteleskop, das nächstes Jahr starten soll, dieser Aufgabe gewachsen sein wird. Sie hoffen, dass detailliertere Beobachtungen dazu beitragen werden, das Geheimnis zumindest einiger Super-Puffs zu lüften – und uns schließlich die herrlichen Ringe von Exoplaneten im Detail zu enthüllen.
„Die Bestätigung der Anwesenheit von Gesteinsringen in einigen Fällen wäre nicht nur eine erstaunliche neue Entdeckung, sondern würde auch wichtige Informationen über diese Planeten liefern.“ sie schrieben in ihrer Zeitung .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astronomische Journal .