26.01.2021 • Astrophysik

Exoplaneten mit rhythmischer Bewegung

Ungewöhnliches stellt Theorien über die Entstehung von Planeten in Frage.

Als Astronomen den etwa 200 Lichtjahre entfernten Stern TOI-178 zum ersten Mal beobachtete, dachten sie, sie hätten zwei Planeten entdeckt, die ihn auf der gleichen Bahn umkreisen. Ein genauerer Blick offenbarte jedoch etwas anderes. „Durch weitere Beobach­tungen erkannten wir, dass es sich nicht um zwei Planeten handelt, die den Stern in etwa gleichem Abstand umkreisen, sondern um mehrere Planeten in einer ganz speziellen Konfi­gu­ra­tion“, sagt Adrien Leleu von den Univer­sitäten Genf und Bern. Der Forscher leitete eine neue Unter­suchung des Systems, die zeigte, dass das System sechs Exoplaneten aufweist, von denen die fünf äußeren in einem rhyth­mischen Tanz gefangen sind: Sie befinden sich in Resonanz.

Abb.: Künst­le­rische Dar­stel­lung des TOI-178-Planeten­systems. (Bild:...
Abb.: Künst­le­rische Dar­stel­lung des TOI-178-Planeten­systems. (Bild: L. Calçada, ESO / spaceengine.org)

Die fünf Exoplaneten folgen einer komplexen Resonanz­kette – einer der längsten, die bisher in einem Planeten­system entdeckt wurde: einer 18:9:6:4:3-Kette. Während der vom Stern aus gesehen zweite Planet 18 Umläufe vollzieht, absolviert der vom Stern aus gesehen dritte Planet 9 Umläufe, und so weiter. Tatsächlich fanden die Wissen­schaftler zunächst nur fünf Planeten in dem System, aber indem sie diesem Resonanz­rhythmus folgten, berechneten sie, wo sich ein zusätz­licher Planet in seiner Umlauf­bahn befinden würde, wenn sie das nächste Mal ein Zeit­fenster zur Beobach­tung des Systems hätten.

Dieser Tanz der Planeten ist jedoch mehr als eine Kuriosität, er liefert Hinweise auf die Vergangen­heit des Systems. „Die Bahnen in diesem System sind sehr gut geordnet, was uns sagt, dass sich dieses System seit seiner Geburt recht sanft entwickelt hat“, erklärt Yann Alibert von der Uni Bern. Wäre das System früher in seinem Leben erheblich gestört worden, so hätte diese fragile Konfigu­ra­tion der Bahnen nicht überlebt.

Doch auch wenn die Bahnkonfiguration sauber und geordnet ist, sind die Dichten der Planeten „viel ungeordneter“, so Nathan Hara von der Uni Genf. „Es scheint, dass es einen Planeten gibt, der so dicht ist wie die Erde, direkt neben einem sehr leichten Planeten mit der Hälfte der Dichte des Neptuns, gefolgt von einem Planeten mit der Dichte des Neptuns. Das ist nicht das, was wir gewohnt sind.“ In unserem Sonnensystem zum Beispiel sind die Planeten fein säuberlich angeordnet, mit den dichteren Gesteins­planeten näher am Zentralstern und den lockerer struktu­rierten Gasplaneten mit geringer Dichte weiter draußen. „Der Kontrast zwischen der rhyth­mischen Harmonie der Orbital­bewegung und den ungeord­neten Dichten stellt unser Verständnis von der Entstehung und Entwick­lung von Planeten­systemen sicherlich in Frage“, betont Leleu.

Obwohl keiner der sechs gefundenen Exoplaneten in der lebens­freund­lichen Zone des Sterns liegt, vermuten die Forscher, dass sie durch die Weiter­ver­folgung der Resonanz­kette weitere Planeten finden könnten, die in oder sehr nahe an dieser Zone existieren könnten. Das Extremely Large Telescope der ESO, das noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb genommen werden soll, wird in der Lage sein, Gesteins­planeten in der lebens­freund­lichen Zone eines Sterns direkt abzubilden und sogar ihre Atmosphären zu charak­teri­sieren. Das bietet dann die Möglich­keit, Systeme wie TOI-178 noch detail­lierter zu erforschen.

ESO /MPIA / RK

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