Wie erdgroße Planeten bei Zwergsternen entstehen
Simulationen zeigen Wasseranteil von mehr als zehn Prozent.
Im August 2016 gaben Forscher die Entdeckung eines erdähnlichen Planeten in der bewohnbaren Zone von Proxima Centauri bekannt. Proxima Centauri ist unser nächstgelegene Stern, hat jedoch zehnmal weniger Masse als die Sonne und ist fünfhundert Mal weniger hell. Bereits im Mai 2016 war ein ähnlicher Planet bei einem noch masseärmeren Stern namens Trappist-1 aufgespürt worden. Das lässt darauf schließen, dass rote Zwerge zahlreiche erdähnliche Planeten beherbergen.
Abb.: Künstlerische Darstellung von erdgroßen Planeten, die um einen roten Zwergstern kreisen. (Bild: NASA / ESA / G. Bacon, STScI)
Wie könnten diese Planeten aussehen? Woraus könnten sie bestehen? Diese Fragen untersuchen Yann Alibert und Willy Benz vom Forschungsschwerpunkt PlanetS und dem Center for Space and Habitability der Uni Bern mittels Computersimulationen. Erstmals simulierten sie jetzt die Entstehung von Planeten, die um Sterne kreisen, die zehnmal weniger Masse haben als die Sonne.
Die Ergebnisse kommen den bisherigen Beobachtungen der erdähnlichen Planeten sehr nahe. „Unseren Modellen gelang es, Planeten zu erzeugen, die punkto Masse und Umlaufzeit den beobachteten Objekten gleichen“, erklärt Alibert. „Interessanterweise haben wir herausgefunden, dass Planeten in engen Umlaufbahnen um diese Art Sterne klein sind. Ihr Radius liegt typischerweise zwischen 0,5 und 1,5 Erdradien und entspricht am häufigsten einem Erdradius. Künftige Entdeckungen werden zeigen, ob wir richtig liegen.“
Zudem ermittelten die Forscher den Wassergehalt der Planeten, die ihren kleinen Zentralstern in der bewohnbaren Zone umkreisen: Neunzig Prozent der Planeten enthalten einen Wasseranteil von mehr als zehn Prozent. Zum Vergleich: In der Erdmasse beträgt der Wasseranteil nur etwa 0,02 Prozent. Die meisten dieser fernen Planeten sind also im Unterschied zur Erde Wasserwelten. Das bedeutet auch, dass sie von sehr tiefen Ozeanen bedeckt wären – und auf dem Meeresgrund käme das Wasser wegen des enormen Drucks in Form von Eis vor.
Flüssiges Wasser gilt als entscheidender Bestandteil für Leben, wie wir es kennen. „Was die Lebensfreundlichkeit solcher Planeten anbelangt, kann es auch zu viel Wasser geben“, sagt Benz, der auch Leiter der CHEOPS-
Die Forscher starteten ihre Berechnungen mit einer Serie von einigen Hunderten bis Tausenden von identischen, massearmen Sternen – jeder von ihnen umgeben von einer Scheibe aus Staub und Gas, in der sich die Planeten formen. Alibert und Benz nahmen an, dass sich zu Beginn in jeder dieser protoplanetarischen Scheiben zehn Planetenembryos mit je der Masse des Mondes befanden. Darauf verfolgte das Modell für jedes System in mehreren Tagen Rechenzeit, wie diese zufällig verteilten Embryos wuchsen und wanderten. Welche Art Planeten geformt werden, hängt von der Struktur und Entwicklung der protoplanetaren Scheiben ab.
„Bewohnbar oder nicht – die Untersuchung von Planeten bei sehr massearmen Sternen wird spannende neue Resultate liefern, die unser Wissen über die Entstehung, Entwicklung und Bewohnbarkeit von Planeten erweitert“, fasst Benz zusammen. Da diese Sterne bedeutend weniger leuchtstark als die Sonne sind, kann ein Planet seinem Zenralstern viel näher sein, bevor seine Oberflächentemperatur zu hoch wird für flüssiges Wasser und es verdampfen würde. Zudem sind die meisten Sterne in der Nachbarschaft der Sonne rote Zwerge wie Proxima Centauri. Und Planeten, die nahe bei ihrem Zentralstern liegen, sind einfacher zu entdecken und zu untersuchen. Weil diese erdähnlichen Planeten also relativ nah, gut beobachtbar und vermutlich zahlreich sind, bieten sie Forschern gute Bedingungen, um sie zu untersuchen.
U. Bern / RK
