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Astronomie+Physik

„Heißer Jupiter“ auf Spiralkurs

WASP-12b
Der Exoplanet WASP-12b nähert sich seinem Stern in einem spiraligen Orbit immer weiter an. (Bild: NASA/JPL-Caltec)

In rund 600 Lichtjahren Entfernung umkreist ein heißer Gasriese seinen Stern in extremer Nähe – WASP-12b ist ein sogenannter heißer Jupiter. Jetzt haben Astronomen festgestellt, dass dieser Exoplanet sich auf einem tödlichen Spiralkurs befindet. Denn Messungen zeigen, dass sich die Umlaufzeiten dieses Planeten im Laufe der letzten Jahre messbar verkürzt haben. Aktuelle Beobachtungen bestätigen nun, dass diese Verkürzung durch ein Schrumpfen des Orbits von WASP-12b verursacht wird. Demnach zieht die Schwerkraft des nahen Sterns diesen Planeten immer näher an sich heran und zwingt ihn so auf einen Spiralkurs Richtung Stern. Schon in wenigen Millionen Jahren wird dies wahrscheinlich mit der Zerstörung des Planeten enden wie die Forscher berichten.

Unter den tausenden von bisher entdeckten extrasolaren Planeten sind viele große Gasplaneten, die ihre Sterne auf relativ engen Umlaufbahnen umkreisen. Diese wegen ihrer Größe und hohen Temperatur auch als „heiße Jupiter“ bezeichneten Planeten bewegen sich damit in einer Zone ihrer Systeme, die von starken Gezeitenkräften, starker Strahlung und der enormen Gravitation ihres Sterns geprägt ist. „Schon seit der Entdeckung des ersten ‚heißen Jupiters‘ im Jahr 1995 haben wir uns gefragt, wie lange solche Planeten dies wohl überstehen können“, sagt Co-Autor Joshua Winn von der Princeton University. „Wir waren uns aber ziemlich sicher, dass die Schwerkraft-Wechselwirkungen zwischen Stern und Planet diesen in einer Spirale nach innen lenken müssten und letztlich zerstören. Aber niemand konnte einschätzen, wie lange dieser Prozess dauern würde.“ Denn bisher ist es den Astronomen nie gelungen, diese „Todesspirale“ bei einem heißen Jupiter eindeutig nachzuweisen – bis jetzt.

Ein heißer Gasriese gibt Rätsel auf

Als einer der vielversprechendsten Kandidaten für einen heißen Jupiter am Ende seiner Lebenszeit gilt der Planet WASP-12b. Dieser Gasriese liegt rund 600 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Auriga und ist etwa doppelt so groß und eineinhalbmal so schwer wie der Jupiter. Weil der Planet nur 26 Stunden für eine Umrundung seines Sterns benötigt, muss er ihn in einem sehr engen Orbit umkreisen. Messungen zufolge trennen die beiden nur rund 3,4 Millionen Kilometer – das ist rund ein 44stel des Abstands Erde-Sonne. Bereits im Jahr 2013 entdeckten Astronomen mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops erste Hinweise darauf, dass diese große Sternennähe dem Planeten zusetzt. Denn Spektralanalysen zufolge hatte der Stern bereits damit begonnen, Gas von seinem planetaren Begleiter abzusaugen. Die Atmosphäre von WASP-12b ist dadurch wie ein Ballon nauch außen aufgebläht. Im Jahr 2017 lieferten wiederholte Beobachtungen von Transits des Planeten vor seinem Stern zudem erste Hinweise darauf, dass sich auch der Orbit von WASP-12b verändert: Seit seiner Entdeckung hat sich die Zeit, die der Planet für das Vorbeiwandern vor seinem Stern benötigt, um 29 Millisekunden verkürzt.

Das Problem jedoch: Eine solche Verkürzung der Transitzeiten muss nicht auf eine spiralige Verengung des Planetenorbits zurückgehen, stattdessen kann auch ein langsames „Eiern“ der exzentrischen Umlaufbahn diesen Effekt hervorrufen – eine sogenannte Präzession. Welches Szenario tatsächlich hinter den Veränderungen bei WASP-12b steckt, hat nun ein Team um Winn und Erstautor Samuel Yee von der Princeton University näher untersucht. Dafür beobachten sie mehrere weitere Transitereignisse dieses Systems und nutzten zusätzlich das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA sowie ein Teleskop am Palomar Observatorium in Kalifornien, um fünf Okkultationen zu verfolgen – die Phasen, in denen der Planet von uns aus gesehen hinter seinem Stern vorbeizieht und daher von ihm verdeckt wird. „Handelt es sich hier um den Fall eines enger werdenden Orbits, müssten sich die Okkultationsintervalle um das gleiche Maß verringern wie die Transitintervalle“, erklären die Forscher. Liegt dagegen eine Präzession des Orbits vor, müssten die Okkultationszeiten länger werden.

Klarer Beleg für einen Spiralkurs

Wie die Astronomen feststellten, verringern sich bei WASP-12b sowohl die Transit- wie die Okkulationszeiten. „Diese neuen Daten bestätigen das Szenario einer orbitalen Degradation“, sagt Yee. „Auf ihrer Basis können wir nun zuverlässig sagen, dass dieser Planet sich tatsächlich in einer Spirale auf seinen Stern zubewegt. Obwohl dieses Phänomen für solche sternennahen Gasriesen wie WASP-12b schon länger vorhergesagt wurde, ist dies das erste Mal, dass wir diesen Prozess in Aktion sehen.“ Nach Schätzungen der Forscher könnte der Planet schon in rund drei Millionen Jahren den Punkt erreichen, an dem ihn die Gezeitenkräfte des Sterns zerreißen. Dabei könnte zunächst die Gashülle des Gasriesen nahezu komplett verloren gehen, so dass nur der feste Kern des Planeten übrigbleibt. Nach weiterer Annäherung würde dann auch der Planetenkern zerstört werden.

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Wie Yee und sein Team erklären, liefert die Entdeckung dieses in einer „Todesspirale“ gefangenen Gasriesen auch generelle Einblicke in die Lebensdauern solcher heißen Jupiter und in die Abläufe bei ihrer Zerstörung. „Wenn wir mehr Planeten wie WASP-12b finden können, dann verrät uns dies mehr über die Entwicklung und das Schicksal von Exoplaneten-Systemen“, sagt Yee.

Quelle: Samuel Yee (Princeton University) et al., Astrophysical Journal Letters , doi: 10.3847/2041-8213/ab5c16

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