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Astronomie+Physik

Ein extrasolarer „Planet 9“

HD 106906 b
So könnte der Exoplanet HD 106906 b auf seiner geneigten Außenbahn aussehen. (Bild: ESA/Hubble, M. Kornmesser)

Schon länger spekulieren Astronomen darüber, ob es in unserem Sonnensystem womöglich einen noch unentdeckten großen Außenplaneten gibt. Jetzt haben Astronomen erstmals einen Exoplaneten entdeckt, dessen Orbit ähnlich ungewöhnlich ist wie der dieses hypothetischen „Planet 9“. Denn auch der HD 106906 b getaufte Exoplanet kreist auf einer geneigten, exzentrischen und sehr weit außen liegenden Umlaufbahn, wie Beobachtungsdaten des Hubble-Weltraumteleskops zeigen. Die Existenz dieses Exoplaneten belegt damit, dass es solche fernen Außenplaneten gibt und liefert wertvolle Hinweise darauf, wie sie entstehen können.

Den Anstoß für die Debatte um den hypothetischen neunten Planeten im Sonnensystem begann im Jahr 2016, als Astronomen die Bahnen einiger transneptunischer Objekte näher analysierten. Dabei zeigte sich, dass einige dieser eisigen Himmelskörper am Außenrand unseres Sonnensystems auf auffällig gleiche Weise von dem erwarteten Orbit abwichen. Seither spekulieren Forscher darüber, ob diese Anomalien möglicherweise durch die Schwerkrafteffekte eines noch unentdeckten Planeten verursacht werden. Dieser „Planet 9“ ist Modellen zufolge etwa neptungroß und kreist auf einem stark exzentrischen und geneigten Orbit, der bis zu 1500 astronomische Einheiten weit von der Sonne wegreicht. Ob es diesen Planeten aber wirklich gibt, ist umstritten – auch, weil anhand gängiger Planetenbildungsmodelle nur schwer erklärbar ist, wie ein Planet in eine so ungewöhnliche Umlaufbahn geraten kann. Hypothesen dazu reichen von Störeffekten des Jupiter bis zu einem eingefangenen Exoplaneten.

Exoplanet auf exotischer Außenbahn

Jetzt haben Astronomen um Meiji Nguyen von der University of California in Berkeley einen Exoplaneten entdeckt, der die Spekulationen um Planet 9 wieder anheizen könnte. Denn der 336 Lichtjahre entfernte Planet HD 106906 b kreist auf einer ähnlich ungewöhnlichen Bahn. Der rund elf Jupitermassen schwere Exoplanet ist Teil eines mit 15 Millionen Jahren noch sehr jungen Doppelsternsystems. Ersten Aufnahmen im Jahr 2013 zufolge liegt HD 106906 b jedoch rund 730 astronomische Einheiten von seinen beiden Zentralsternen entfernt. Übertragen auf unser Sonnensystem wäre dieser Planet damit 25 Mal weiter von der Sonne entfernt als der Neptun. Er läge damit noch weit außerhalb des Kuipergürtels, einem Reservoir eisiger Kometen und Kleinplaneten am Außenrand des Sonnensystems. Zudem liegt HD 106906 b nicht in der Bahnebene seines Systems, sondern 21 Grad darüber.

Doch die ersten Beobachtungen dieses exotischen Exoplaneten konnten noch nicht klären, ob HD 106906 b überhaupt noch Teil seines Systems war. Theoretisch wäre es auch möglich, dass er herausgeschleudert wurde und damit auch nicht mehr in einer Umlaufbahn um die Zentralsterne kreist. Um diese Frage zu klären, haben Nguyen und ihr Team nun 14 Jahre an Beobachtungsdaten des Hubble-Weltraumteleskops sowie Daten des Gaia-Sternenkatalogs ausgewertet. Aus diesen Analysen geht hervor, dass HD 106906 b seine Sterne in einem echten, noch durch die Schwerkraft an die Sterne gebundenen Orbit umkreist. Wegen seiner großen Entfernung benötigt er für einen Umlauf allerdings 15.000 Jahre. Ähnlich wie für Planet 9 prognostiziert, folgt der Exoplanet einem stark exzentrischen Orbit, der um 36 bis 44 Grad gegen die Bahnebene seines Systems geneigt ist. Er kommt seinen Sternen selbst bei seiner nächsten Annäherung nie näher als etwa 500 astronomische Einheiten, wie die Astronomen ermittelt haben.

Parallelen zu Planet 9

Nach Angaben der Astronomen ist HD 106906 b damit der erste Beleg dafür, dass Planeten mit solchen ungewöhnlichen und extrem weit außen liegenden Umlaufbahnen existieren können. „HD 106906 b ist der einzige bekannte und direkt abgebildete Exoplanet, der so verschoben und weit von seinen Zentralsternen entfernt ist“, sagt Nguyen. „Gleichzeitig ist er der erste Planet, dessen Orbit dem des hypothetischen Planet 9 entspricht.“ Das weckt allerdings die Frage, wie dieser Exoplanet in diese ungewöhnliche Umlaufbahn gelangte. Eine Möglichkeit wäre, dass HD 106906 b einst viel näher an seinen Sternen entstand – vermutlich nur rund drei astronomische Einheiten entfernt, wie die Forscher erklären. Dann jedoch führte die Reibung mit der dichten Gasscheibe dazu, dass er seinen Zentralsternen zu nahe kam und durch Schwerkraftturbulenzen ausgeschleudert wurde. Ein zusätzlicher Schwerkrafteinfluss, beispielsweise durch die nahe Passage eines anderen Sterns, könnte dann verhindert haben, dass der Exoplanet völlig aus dem System katapultiert wurde.

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Indizien für solche erheblichen Störungen im Sternsystem von HD 106906 b zeigen die Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops. Demnach sind die äußere Staubscheibe und der Kometengürtel in diesem System auffallend asymmetrisch verformt. Wie genau diese Verformung aber zustande kam, ist noch offen: „Es ist ein wenig, als wenn man an den Ort eines Autounfalls kommt und versucht zu rekonstruieren, was passiert ist“, sagt Nguyens Kollege Paul Kalas. „Haben vorüberziehende Sterne den Planeten gestört und dieser störte dann die Scheibe? Oder verursachte die Sternenpassage beide Effekte gleichzeitig? Dies ist wirklich astronomische Detektivarbeit.“

Noch ist der genaue Hergang der Ereignisse rund um den Exoplaneten HD 106906 b unklar. Dennoch gibt es schon jetzt einige Parallelen zu den Szenarien, durch die der hypothetische Planet 9 in seine exotische Außenbahn gelangt sein könnte. Demnach entstand auch er zunächst im inneren Sonnensystem, wurde aber durch Wechselwirkungen mit dem Gasriesen Jupiter aus seiner Bahn geworfen. Dessen „Schubs“ könnte Planet 9 weit in die Außenregionen unseres Systems geschleudert haben. Dort wurde seine Umlaufbahn dann durch die Schwertkrafteinflüsse eines nahe vorbeiziehenden Sterns stabilisiert. Noch ist unklar, ob es Planet 9 wirklich gibt und ob er so entstanden ist. In jedem Fall aber belegt die Existenz von HD 106906 b, dass es Planeten mit solchen ungewöhnlichen Umlaufbahnen gibt.

Quelle: Meiji Nguyen (University of California, Berkeley) et al., Astronomical Journal, 2020; doi: 10.3847/1538-3881/abc012

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