Häufigkeit schwerer Elemente bestimmt Planetentyp
Zusammenhang zwischen chemischer Zusammensetzung eines Sterns und dem Aufbau seiner Planeten nachgewiesen.
Schon kurz nach der Entdeckung der ersten Exoplaneten kam der Verdacht auf, dass der Anteil an Elementen schwerer als Helium – von Astronomen Metallizität genannt – eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Planetensystemen spielt. Tatsächlich fanden die Planetenjäger sogenannte heiße Jupiter, also Gasriesen auf engen Umlaufbahnen, signifikant häufiger bei Sternen mit hoher Metallizität. Dieser Zusammenhang ist inzwischen durch zahlreiche Untersuchungen bestätigt. Auf der anderen Seite sind die Metallizitäten von Sternen mit kleinen terrestrischen Planeten im Mittel deutlich geringer als die von Sternen mit Gasriesen.
Abb.: Künstlerische Darstellung der Planetenentstehung in einer Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen Stern. Welcher Art die entstehenden Planeten sind, hängt entscheidend vom Anteil an schweren Elementen in der Scheibe ab. (Bild: NASA)
Lars Buchhave vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im US-amerikanischen Cambridge und seine Kollegen legen jetzt eine systematische Untersuchung dieses Zusammenhangs vor. Dazu hat das Team über 2000 hochaufgelöste Spektren von Sternen untersucht, bei denen das Weltraumteleskop Kepler nach Planeten gesucht hat. Zu ihrer Überraschung fanden die Forscher statistisch signifikante Änderungen der stellaren Metallizität bei zwei Planetengrößen, nämlich bei 1,7 und 3,9 Erdradien
Buchhave und seine Kollegen interpretieren diese Planetengrößen als Grenzen von Bereichen, in denen unterschiedliche Planetenarten entstehen. Bei geringer Metallizität entstehen felsige, terrestrische Planeten, bei hoher Metallizität Gas- und Eisriesen, im mittleren Bereich kleine Gasplaneten mit Gesteinskernen und Hüllen aus Wasserstoff und Helium. „Eine höhere Metallizität führt zu einer schnelleren und effektiveren Zusammenballung der Materie“, vermuten die Forscher, „die entstehenden Planetenkerne können also eine große Gashülle ansammeln, bevor der entstehende Stern das Gas fortbläst.“ Bei einer geringen Metallizität dagegen entstehen die Planetenkerne so langsam, dass das Gas bereits fortgeblasen ist – zurück bleiben kleine terrestrische Planeten.
Da die Untersuchung von Buchhave und seinen Kollegen auf den Daten des Kepler-Teleskops basiert, beschränkt sie sich auf Planeten mit vergleichsweise engen Umlaufbahnen. Die mittlere Umlaufzeit der 600 analysierten Exoplaneten beträgt 38 Tage, die längsten Umlaufzeiten liegen bei etwa 200 Tagen. Der von den Forschern gefundene Zusammenhang und die Einteilung der Planeten in drei unterschiedliche Klassen gelten also nur für die inneren Planetensysteme. Die vorliegenden Daten deuten allerdings darauf hin, dass die Grenzradien mit der Umlaufperiode ansteigen. „Wenn sich das bestätigt“, so die Forscher, „dann sagt es die Existenz einer noch größeren Zahl von Gesteinsplaneten bei längeren Umlaufzeiten voraus.“
Rainer Kayser
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