Die fluffigsten Planeten: TESS findet zwei Welten leichter als Zuckerwatte
Die NASA-Mission TESS hat zwei gigantische Planeten entdeckt, deren Dichte an Zuckerwatte erinnert. Die sogenannten Super-Puffs umkreisen einen sonnenähnlichen Stern und stellen die Forschung vor ein Rätsel.
Es war ein ganz gewöhnlicher Stern im Sternbild des Schwans, 1.113 Lichtjahre von der Erde entfernt. TOI-791, ein sonnenähnlicher Stern, verriet sich nur durch ein kaum wahrnehmbares Flackern - das Markenzeichen vorbeiziehender Planeten. Was das Weltraumteleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) dort aufspürte, ließ die Astronomen jedoch stutzen: zwei Planeten, so groß wie Jupiter, aber tausendmal leichter. Ihre Dichte entspricht in etwa jener von Zuckerwatte. Es sind die fluffigsten Welten, die je entdeckt wurden.
Zuckerwatte im All: Was sind Super-Puffs?
Die beiden Planeten tragen die Bezeichnungen TOI-791 b und TOI-791 c. TOI-791 b besitzt nahezu denselben Durchmesser wie Jupiter, bringt aber nur 3,0 Prozent von dessen Masse auf die Waage. TOI-791 c ist sogar etwas größer als Jupiter und kommt auf ganze 5,9 Prozent der Jupitermasse. Solche Himmelskörper nennen Fachleute „Super-Puffs“ - aufgedunsene Riesen mit extrem geringer Dichte. Zum Vergleich: Jupiters durchschnittliche Dichte beträgt 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter, etwa ein Viertel der Dichte der Erde. Die neu entdeckten Planeten sind noch um ein Vielfaches voluminöser, sodass sie buchstäblich wie gigantische Wattebäusche durchs All treiben.
Jon Jenkins, wissenschaftlicher Leiter des Science Processing Operations Center am Ames Research Center der NASA, bringt die Überraschung auf den Punkt: „Der Hauptgrund, warum diese Planeten so interessant sind, liegt darin, dass wir überhaupt nicht erwartet hatten, sie zu sehen.“
Entdeckt wurden die Super-Puffs mit der Transitmethode: TESS zeichnete über Jahre hinweg die Helligkeit von TOI-791 auf und registrierte wiederkehrende Einbrüche, wenn die Planeten vor ihrem Stern vorbeizogen. Aus der Tiefe und Dauer der Verfinsterung lässt sich die Größe der Planeten ableiten. Ihre Masse jedoch blieb zunächst unbekannt - ein entscheidendes Puzzleteil, denn erst aus der Kombination von Größe und Masse ergibt sich die Dichte.
Ein präziser kosmischer Tanz
Die Massenbestimmung gelang durch einen glücklichen Umstand: TOI-791 b und c sind in einer orbitalen Resonanz gefangen, die sie gravitativ aneinander koppelt. Während TOI-791 b für einen Umlauf 139 Tage braucht, benötigt TOI-791 c dafür 232 Tage. Immer wieder ziehen die Planeten aneinander und beeinflussen so den exakten Zeitpunkt ihrer Transits. Diese winzigen Abweichungen, als Transitzeitvariationen bezeichnet, verrieten den Forschenden die Massen der beiden Körper. „Nur eine Handvoll dieser superfluffigen Planeten ist bekannt, und es ist noch seltener, zwei in einem System zu finden“, erklärt George Dransfield von der Universität Oxford, der die Studie leitete.
Damit nicht genug: Die langen Umlaufzeiten machten die Entdeckung besonders schwierig. TESS musste über einen Zeitraum von sieben Jahren insgesamt 1.122 Tage Beobachtungsdaten sammeln, um die Transits zu bestätigen und die Bahnstörungen zu analysieren. „Große Planeten gelten als Motoren der Entwicklung eines Planetensystems“, sagt Steve Howell, ein an der Studie beteiligter Forscher am NASA Ames. „Deshalb ist die weitere Erforschung dieser Jupiter-großen, aber viel masseärmeren Planeten von hohem Wert.“
Rätselhafte Entstehung: Wie formen sich solche leichten Riesen?
Die Existenz von Super-Puffs stellt klassische Modelle der Planetenentstehung auf die Probe. Normalerweise wachsen Gasriesen wie Jupiter aus einem festen Kern von etwa zehn Erdmassen, der dann Wasserstoff und Helium aus dem protoplanetaren Nebel einfängt. Doch TOI-791 b und c müssten dafür so wenig Gas akkretiert haben, dass ihr Kern winzig blieb - oder sie verloren auf unerklärliche Weise einen Großteil ihrer Masse. Die alternierende Anziehungskraft im Doppelsystem könnte eine Rolle spielen, indem sie Energie zuführt und die Atmosphären aufbläht. Wie die Planeten dorthin gelangten, wo sie heute stehen, ist ein weiteres Rätsel: Möglicherweise wanderten sie nach ihrer Entstehung durch Wechselwirkungen mit anderen Planeten oder der Gasscheibe nach innen.
„Sie sind ein Puzzle für uns“, fasst Jon Jenkins die Herausforderung zusammen, „wie Riesenplaneten wie Jupiter und die Super-Puffs entstehen.“ Das Zwei-Planeten-System bietet eine seltene Gelegenheit, diese Fragen direkt am selben Stern zu untersuchen - und zu verfolgen, ob die ungewöhnlichen Eigenschaften auf eine gemeinsame Ursache zurückgehen.
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Die Forscher hoffen nun, mit weiteren Beobachtungen mehr über die chemische Zusammensetzung der Atmosphären herauszufinden, wie die Rotation der Planeten ihre Form beeinflusst und wie sich die Bahnneigung des Sterns zu den Orbits verhält. Solche Daten könnten enthüllen, ob die Planeten durch Interaktionen mit anderen Körpern in ihre ungewöhnlichen Umläufe gezwungen wurden und wie sich die flüchtigen Super-Puffs überhaupt bilden. Die Studie, die im Fachjournal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, ist ein weiterer Beweis für die Leistungsfähigkeit von TESS, das mit seiner Langzeitüberwachung weit entfernte Sonnensysteme in nie dagewesenem Detailreichtum entschlüsselt.
Wenn wir eines Tages verstehen, warum das All solche extremen Welten hervorbringt, werden uns die fluffigen Planeten von TOI-791 vielleicht gelehrt haben, dass die Natur viel erfinderischer ist als unsere kühnsten Theorien - und dass selbst ein Himmelskörper von der Konsistenz von Zuckerwatte eine ernstzunehmende Botschaft über die Entstehung von Planeten in sich trägt.
Quellen:
- What really controls water chemistry in nanoscale spaces (Phys.org)
- NASA’s TESS Mission Reveals the “Puffiest” Planets Ever Found (NASA - Breaking News)
- ‚F9‘ took a car into space, but 5 years on, just how ridiculous was the scene? We asked the experts (Space.com)
- James Webb Space Telescope catches 6 galaxies merging into one of the largest galaxies in the universe (Space.com)
- Euclid captures 60 million stars in sharpest broad view of Milky Way’s core (Phys.org)
- Oo oo, ha ha: why humans and great apes giggle alike when tickled (Nature - News)
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