Kleine Exoplaneten auch bei Sternen mit wenigen schweren Elementen

Planeten entstehen durch die langsame Verdichtung von Materie in rotierenden Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne. Eine wichtige Rolle spielen dabei schwere Elemente – ohne sie könnten sich weder die Kerne späterer Gasplaneten noch überwiegend aus Gestein bestehende erdähnliche Planeten bilden. Es ist daher naheliegend zu vermuten, dass Planeten nur entstehen können, wenn die Scheiben einen ausreichenden Anteil an schweren Elementen enthalten – und dass die Wahrscheinlichkeit für die Planetenentstehung mit diesem Anteil ansteigt.

Die chemische Zusammensetzung der ursprünglichen Gas- und Staubwolke, aus der ein Stern inklusive seiner Planeten entstanden ist, lässt sich – zumindest für sonnenähnliche Sterne – aus der Zusammensetzung der Photosphäre des Sterns ablesen. Da die Kernfusion nur im Kern eines solchen Sterns stattfindet und es keine signifikante Durchmischung der Sternmaterie zwischen Kern und äußerer Atmosphäre gibt, bietet die Photosphäre den Forschern eine Aufzeichnung der ursprünglichen chemischen Zusammensetzung.

Untersuchungen aus den letzten Jahren haben tatsächlich gezeigt, dass große Gasplaneten mit größerer Wahrscheinlichkeit um Sterne mit einem überdurchschnittlichen hohen Anteil an schweren Elementen in der Photosphäre zu finden sind. In jüngerer Zeit gab es jedoch auch Hinweise darauf, dass ein solcher Zusammenhang für neptungroße Planeten weniger stark ist. Und völlig unklar war bislang, ob es eine solche Korrelation auch für felsige, erdähnliche Planeten gibt.

Diese Lücke schließen nun Lars Buchhave vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen und seine Kollegen. Die Astronomen haben die 152 Zentralsterne von 226 Exoplaneten mit bis zu vier Erdmassen untersucht, die mithilfe des Satelliten-Observatoriums Kepler entdeckt worden sind. Das überraschende Ergebnis: Im Mittel besitzen diese Sterne zwar die gleiche Häufigkeit an schweren Elementen wie unsere Sonne, kleinere Planeten gibt es aber auch noch bei Sternen mit bis hinab zu einem Viertel dieser Häufigkeit.

„Diese Beobachtung deutet darauf hin, dass erdähnliche Planeten in der Scheibe der Milchstraße weit verbreitet sind und dass es keine spezielle Anforderung an einen erhöhten Anteil an schweren Elementen für ihre Entstehung gibt“, folgern Buchhave und seine Kollegen. Debra Fischer von der Yale University geht sogar noch einen Schritt weiter. Der Befund bedeute nicht nur, dass es mehr erdähnliche Planeten geben könne als bislang vermutet, „er schiebt auch den Startpunkt für die Entstehung von felsigen Planeten und Leben um andere Sterne weiter in die Vergangenheit zurück.“

Denn die für die Planetenentstehung notwendigen Elemente sind nicht bereits beim Urknall entstanden, sondern erst im Laufe der Zeit durch Kernfusion in Sternen. Der Anteil an solchen Stoffen ist also im Verlauf der kosmischen Geschichte immer weiter angestiegen. Wenn aber ein geringerer Anteil nötig ist, dann konnte die Entstehung von Planeten bereits früher einsetzen. „Es könnte also Orte im Universum geben, an denen felsige Planeten und Lebewesen einen früheren Start hatten als die Erdlinge“, so Fischer.

Rainer Kayser

PH