Sternhaufen beherbergen tendenziell mehr heiße Jupiter als der Durchschnitt, aber warum? Ein Team von Astronomen hat eine neue Lösung vorgeschlagen, bei der viele Nachbarsterne ausgetauscht werden müssen.
Als Astronomen zum ersten Mal mit der Erforschung von Exoplaneten begannen, waren sie überrascht, eine völlig neue Klasse von Objekten zu finden. Dies sind die sogenannten heißen Jupiter, das sind Planeten von der Größe des Jupiters, die näher um ihren Stern kreisen als Merkur um die Sonne. Wie der Name schon sagt, erhöht diese Nähe ihre Temperaturen stark. Dies führt dazu, dass sie aufgebläht und verlängert werden und in einigen Fällen sogar bügeln.
Insgesamt sind heiße Jupiter relativ selten. Nur ungefähr 1% der Sterne mit Planeten beherbergen einen. Aber in Sternhaufen ist der Prozentsatz viel höher. Heiße Jupiter scheinen in Sternhaufen um ein Vielfaches häufiger vorzukommen als der Durchschnitt.
Ein Team von Astronomen hat eine Analyse zusammengestellt, von der sie glauben, dass sie erklären kann, warum Sternhaufen mehr heiße Jupiter beherbergen. Der Schlüssel ist, dass Sterne in einem Haufen viel dichter als der Durchschnitt zusammengepackt sind. Sie sind so nah beieinander, dass Sterne in gewisser Weise mit ihren Nachbarn interagieren müssen. In einigen Fällen können sie sogar einen ihrer Nachbarn in eine Umlaufbahn bringen. Obwohl die Sterne ursprünglich als Einzelobjekte entstanden sind, können sie zu binären Systemen werden.
Die Astronomen fanden heraus, dass dieser Einfang, wenn er früh genug während des Planetenentstehungsprozesses erfolgt, zu einem heißen Jupiter führen kann. Wenn sich ein Planet in Jupitergröße um einen Stern bildet und dieser Stern einen Nachbarn einfängt, kann der Gravitationseinfluss dieses Nachbarn beginnen, die Umlaufbahn des Planeten zu dehnen.
Wenn sich die Umlaufbahn des Planeten ausdehnt, wird sie immer elliptischer. Der am weitesten entfernte Punkt der Umlaufbahn entfernt sich weiter vom Stern, während der nächste Punkt näher kommt. Wenn der Planet schließlich zu nahe an den Stern schwingt, kann er in einer brandneuen Umlaufbahn eingefangen werden, und der normale Riesenplanet wird jetzt zu einem heißen Jupiter.
Die Astronomen fanden heraus, dass dies bei etwa 2 % der Sterne in einem Haufen der Fall ist. Um jedoch einen heißen Jupiter zu erzeugen, sind besondere Umstände erforderlich, da die Umlaufbahn nahe kommen muss … aber nicht zu nahe. In etwa 4 % der Fälle stellten die Astronomen fest, dass die Gravitationsstörungen den Planeten einfach direkt in das Gesicht seines Sterns fliegen lassen und ihn auslöschen.
Insgesamt stellten die Astronomen fest, dass, wenn Riesenplaneten etwa 10 % der Sterne bilden, es in etwa einer Milliarde Jahren genug Wechselwirkungen in einem Sternhaufen geben wird, um die Migration auszulösen, die einen Riesenplaneten in einen heißen Jupiter verwandelt. Da diese Wechselwirkungen außerhalb von Sternhaufen selten stattfinden, kann dies weitgehend erklären, warum heiße Jupiter in ihnen häufiger vorkommen.
Das Papier erscheint auf der arXiv Preprint-Server.
Mehr Informationen:
Daohai Li et al, Herstellung heißer Jupiter in Sternhaufen: die Bedeutung des binären Austauschs, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2211.16015