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Das Schicksal junger Exoplaneten
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
12. Juni 2020
Manche extrasolare Planeten haben es schwer. Das zeigte
wieder eine jetzt vorgestellte Untersuchung über das Schicksal von vier jungen
Welten um den Stern V1298 Tau: Die Planeten werden von der intensiven
Röntgenstrahlung ihrer Sonne regelrecht geröstet, was zum Verlust ihrer
Gashüllen führen könnte. Nur der äußerste Planet in dem System dürfte diesem
Schicksal sicher entkommen.
Künstlerische Darstellung des extrasolaren
Planetensystems um den Stern V1298 Tau.
Bild: AIP / J. Fohlmeister [Großansicht] |
Junge Exoplaneten existieren oft in einer riskanten Umgebung: Ihre Sterne
erzeugen große Mengen energiereiche Röntgenstrahlung, typischerweise tausend bis
zehntausend Mal mehr als unsere eigene Sonne. Diese Röntgenstrahlung kann die
Atmosphäre von Exoplaneten erwärmen und manchmal sogar regelrecht wegkochen. Wie
viel von der Atmosphäre eines Exoplaneten im Laufe der Zeit verdampft, hängt von
den Eigenschaften des Planeten ab – seiner Masse, seiner Dichte und wie nahe er
sich an seiner Sonne befindet.
Aber wie sehr beeinflusst ein Stern, was über Milliarden von Jahren mit
seinen Planeten passiert? Dies ist eine Frage, mit der sich Astronominnen und
Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) in einer jetzt
vorgestellten Studie befassen. Dafür untersuchten sie das kürzlich entdeckte
System mit vier Planeten um den jungen Stern mit Namen V1298 Tau. Der
Zentralstern ist ungefähr so groß wie unsere Sonne. Allerdings ist er nur etwa
25 Millionen Jahre alt, was im Vergleich zur Sonne mit ihren 4,6 Milliarden
Jahren sehr jung ist. Der Stern beherbergt zwei Planeten, beide ungefähr so groß
wie Neptun, die ihn sehr nah umkreisen, sowie zwei weitere Planeten, etwas
weiter entfernt, in Saturngröße.
"Wir haben das Röntgenspektrum des Sterns mit dem Chandra-Weltraumteleskop
beobachtet, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie stark er die Atmosphären
seiner Planeten bestrahlt", erklärt Katja Poppenhäger vom AIP. Das Team
bestimmte so das mögliche Schicksal der vier Exoplaneten. Wenn das
Stern-Planeten-System älter wird, dreht sich der Stern immer langsamer um seine
eigene Achse. Die Rotation des Sterns ist jedoch die treibende Kraft für das
Magnetfeld des Sterns, welches wiederum seine Röntgenstrahlung verursacht.
"Die Verdampfung der Exoplaneten hängt davon ab, wie sich die Rotation des
Sterns in den nächsten Milliarden Jahren entwickelt. Je schneller die Rotation
des Sterns abnimmt, desto weniger Atmosphäre geht den Planeten verloren", sagt
Laura Ketzer, Doktorandin am AIP, die ein öffentlich zugängliches
Computerprogramm geschrieben hat, das die Entwicklung der Planeten im Laufe der
Zeit berechnet. Die Berechnungen zeigen, dass die beiden innersten Planeten des
Systems ihre Gasatmosphäre vollständig verlieren und als felsige Kerne enden
können, wenn die Rotation des Sterns im Laufe der Zeit wenig abnimmt, während
der äußerste Planet weiterhin ein Gasriese bleibt.
"Für den dritten Planeten hängt es entscheidend davon ab, wie schwer er ist,
was wir noch nicht wissen. Die Größe von Exoplaneten können wir mit der
Transit-Methode messen, aber die Bestimmung der Planetenmasse ist viel
schwieriger", erklärt Matthias Mallonn, der die Transiteigenschaften des Systems
mithilfe von Beobachtungen mit dem STELLA-Teleskop des AIP neu bestimmt hat.
"Röntgenbeobachtungen von Sternen mit Planeten sind für uns ein zentrales
Puzzleteil, um etwas über die langfristige Entwicklung der Atmosphären von
Exoplaneten zu lernen", resümiert Poppenhäger. "Ich freue mich besonders über
die Möglichkeiten, die sich uns durch Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop
eROSITA in den nächsten Jahren eröffnen." Das zum Teil von AIP entwickelte
eROSITA-Röntgenteleskop führt Beobachtungen des gesamten Himmels durch und
liefert Röntgenstrahlungseigenschaften für Hunderte von Sternen mit Exoplaneten.
Die Ergebnisse wurden jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
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