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Astronomie+Physik

Trabant von zwei Giganten

b Centauri
So könnte der um den massereichen Doppelstern b Centauri entdeckte Gasriese aussehen. (Bild: ESO/L. Calçada)

Bisher haben Astronomen noch nie einen Exoplaneten um einen Stern mit mehr als drei Sonnenmassen entdeckt – das hat sich nun geändert. Neuen Beobachtungen zufolge wird der 325 Lichtjahre entfernte Doppelstern b Centauri von einem großen Planeten umkreist. Der Gasriese hat eine zehnmal so große Masse wie Jupiter und gehört damit zu den größten bekannten Exoplaneten. Gleichzeitig ist er der erste Planet, der um so massereiche und extrem heiße Zentralsterne entdeckt wurde. Bisher war unklar, ob um solche Sterne überhaupt Planeten entstehen können.

Astronomen haben bereits mehrere tausend extrasolare Planeten um eine Vielzahl unterschiedlicher Sterne entdeckt. Typischerweise besitzen massearme Rote Zwerge dabei meist eher kleine Planeten, während sich große, massereiche Gasriesen eher um größere, massereichere Sterne häufen. Planetenforscher führen dies darauf zurück, dass die Größe und Dichte der protoplanetaren Scheibe und damit des Baumaterials für künftige Planeten mit der Masse des Zentralsterns zunimmt. Kleine Sterne bieten damit einfach nicht genügend Rohmaterial für die Bildung sehr großer Planeten. Doch der fast lineare Massen-Zusammenhang der Sterne und ihrer Planeten hält nur bis zu einem bestimmten Punkt an: Ab einer Sternenmasse von 1,9 Sonnenmassen kippt die Kurve. Bei Sternen mit mehr als drei Sonnenmassen schien es bisherigen Beobachtungen nach überhaupt keine Planeten mehr zu geben.

Gasriese um hellen Doppelstern

Die Entdeckung von Markus Janson von der Universität Stockholm und seinen Kollegen widerlegt diese Annahme nun. Die Astronomen waren in ihrer Studie einer Auffälligkeit am rund 525 Lichtjahre entfernten Doppelstern b Centauri in der Konstellation Centaurus nachgegangen. Beide Sterne dieses Paares sind erst rund 15 Millionen Jahre alt und deutlich heller, heißer und massereicher als die Sonne. Zusammen bringen sie sechs bis zehn Sonnenmassen auf die Waage. Im Jahr 2019 zeigten Teleskopaufnahmen dieses Systems drei schwache Lichtpunkte im Umfeld der beiden Sterne, deren Ursprung nicht eindeutig geklärt werden konnte. Deshalb haben Janson und sein Team b Centauri nun noch einmal mit dem auflösungsstarken SPHERE-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile ins Visier genommen.

Die Beobachtungen ergaben, dass es sich bei zwei der drei Lichtpunkte um Hintergrundsterne handelt. Ein Punkt jedoch erwies sich als Exoplanet. Er umkreist einen der beiden Zentralsterne in einem Abstand von 560 astronomischen Einheiten – er ist damit 560-mal weiter von ihnen entfernt als die Erde von der Sonne und 100-mal weiter als der Jupiter von der Sonne. Damit hat dieser Planet eine der weitesten Umlaufbahnen, die jemals beobachtet worden sind. Aus den Aufnahmen schließen die Forscher, dass der b Centauri (AB)b getaufte Planet etwa 10,9 Jupitermassen umfassen muss. Es ist damit einer von nur einer Handvoll bisher bekannten Gasriesen dieser Größe und Masse.

Rätsel der Entstehung

Die größte Besonderheit des neuentdeckten Planeten ist jedoch die Tatsache, dass er überhaupt in diesem System existiert. „Die Entdeckung eines Planeten um b Centauri war sehr aufregend, da sie die Vorstellung von massereichen Sternen als Heimat von Planeten völlig verändert“, erklärt Janson. Denn noch nie wurde ein Planet um ein so massereiches und heißes Sternsystem nachgewiesen – und es war fraglich, ob um solche Sterne überhaupt Planeten entstehen können. Der Grund: Riesensterne dieser Massen senden schon direkt nach ihrer Entstehung so viel Strahlung aus, dass sie ihre protoplanetare Scheibe schneller zerstreuen als kleinere, sonnenähnliche Sterne. Für Planeten bleibt damit weit weniger Zeit, um durch allmähliche Ansammlung von Staub und Gas heranzuwachsen. „B-Sterne gelten im Allgemeinen als ziemlich zerstörerische und gefährliche Umgebungen. Man ging bislang davon aus, dass die Entstehung großer Planeten um sie herum äußerst schwierig sein müsste“, erklärt Janson.

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Doch die Entdeckung von b Centauri (AB)b belegt nun, dass auch um solche Riesensterne Planeten entstehen können – allerdings stellt sich die Frage, wie. Nach Angaben der Astronomen ist es eher unwahrscheinlich, dass der Exoplanet durch die klassische Akkretion gebildet wurde – dafür wäre selbst in der dichteren Scheibenregion nah am Stern zu wenig Zeit gewesen. Zudem gibt es keine Hinweise darauf, dass der Planet von dort aus in seinen extrem weiten Orbit ausgeschleudert wurde. Stattdessen könnte der Gasriese direkt durch den gravitativen Kollaps eines lokalen Bereichs seiner Urwolke entstanden sein. „Da dies weit schneller abläuft als die für die Akkretion benötigten rund eine Million Jahre, ist dieser Mechanismus weniger sensibel gegenüber der schnellen Auflösung der Materiescheiben um so massereiche Sterne“, erklären die Forscher. Der starke Sternenwind des Doppelsterns könnte dann verhindert haben, dass der junge Planet näher an seine Muttersterne herandriftete. „Das würde erklären, warum er so weit außen kreist“, so das Team.

Noch allerdings ist dies Spekulation. „Es wird eine faszinierende Aufgabe sein, zu erforschen, wie er sich gebildet haben könnte. Das ist im Moment noch ein Rätsel“, sagt Janson. Klar scheint aber, dass die Realität die gängigen Vorstellungen darüber, wie und um welche Sterne Planeten entstehen können, wieder einmal überholt hat.

Quelle: Markus Janson (Universität Stockholm) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-021-04124-8

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