Astronomen rätseln über „Planeten, der nicht existieren sollte“

Die Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – Exoplaneten – ist eines der am schnellsten wachsenden Gebiete der Astronomie. In den letzten Jahrzehnten wurden mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt und Astronomen schätzen mittlerweile, dass es in unserer Galaxie durchschnittlich mindestens einen Planeten pro Stern gibt.

Viele aktuelle Forschungsbemühungen zielen darauf ab, erdähnliche Planeten zu entdecken, die für Leben geeignet sind. Diese Bemühungen konzentrieren sich auf sogenannte „Hauptreihensterne“ wie unsere Sonne – Sterne, die durch die Fusion von Wasserstoffatomen zu Helium in ihren Kernen angetrieben werden und über Milliarden von Jahren stabil bleiben. Mehr als 90 % aller bisher bekannten Exoplaneten wurden um Hauptreihensterne entdeckt.

Als Teil eines internationalen Astronomenteams haben wir einen Stern untersucht, der unserer Sonne in Milliarden von Jahren sehr ähnlich sein wird, und herausgefunden, dass er einen Planeten hat, den er eigentlich hätte verschlingen sollen. In Forschung veröffentlicht in Naturlegen wir das Rätsel um die Existenz dieses Planeten dar – und schlagen einige mögliche Lösungen vor.

Ein Blick in unsere Zukunft: Rote Riesensterne

Genau wie Menschen unterliegen auch Sterne mit zunehmendem Alter Veränderungen. Sobald ein Stern seinen gesamten Wasserstoff im Kern verbraucht hat, schrumpft der Kern des Sterns und die äußere Hülle dehnt sich aus, während der Stern abkühlt.

In dieser „Roten Riesen“-Phase der Evolution können Sterne auf mehr als das Hundertfache ihrer ursprünglichen Größe anwachsen. Wenn dies unserer Sonne in etwa 5 Milliarden Jahren passiert, gehen wir davon aus, dass sie so groß wird, dass sie Merkur, Venus und möglicherweise die Erde verschlingt.

Schließlich wird der Kern so heiß, dass der Stern mit der Heliumfusion beginnen kann. In diesem Stadium schrumpft der Stern auf etwa das Zehnfache seiner ursprünglichen Größe zurück und brennt stabil über mehrere Millionen Jahre hinweg weiter.

Wir kennen Hunderte von Planeten, die Rote Riesensterne umkreisen. Einer davon heißt 8 Ursae Minoris gebein Planet mit etwa der Masse des Jupiters auf einer Umlaufbahn, die ihn nur etwa halb so weit von seinem Stern entfernt hält wie die Erde von der Sonne.

Der Planet wurde 2015 von einem Team koreanischer Astronomen mithilfe der „Doppler-Wobble“-Technik entdeckt, die die Anziehungskraft des Planeten auf den Stern misst. Im Jahr 2019 wurde die Internationale Astronomische Union synchronisiert der Stern Baekdu und der Planet Halla, nach den höchsten Bergen auf der koreanischen Halbinsel.

Ein Planet, der nicht da sein sollte

Analyse neuer Daten über Baekdu, die vom Transiting Exoplanet Survey Satellite der NASA gesammelt wurden (TESS) Weltraumteleskop hat eine überraschende Entdeckung gemacht. Im Gegensatz zu anderen Roten Riesen, die wir gefunden haben und die Exoplaneten auf nahegelegenen Umlaufbahnen beherbergen, hat Baekdu bereits damit begonnen, Helium in seinem Kern zu verschmelzen.

Mit den Techniken von Asteroseismologie, die Wellen im Inneren von Sternen untersuchtkönnen wir bestimmen, welches Material ein Stern verbrennt. Für Baekdu zeigten die Frequenzen der Wellen eindeutig, dass in seinem Kern begonnen wurde, Helium zu verbrennen.

Die Entdeckung war rätselhaft: Wenn Baekdu Helium verbrennt, hätte es in der Vergangenheit viel größer sein müssen – so groß, dass es den Planeten Halla hätte verschlingen müssen. Wie ist es möglich, dass Halla überlebt hat?

Wie so oft in der wissenschaftlichen Forschung bestand die erste Vorgehensweise darin, die trivialste Erklärung auszuschließen: dass Halla nie wirklich existierte.

Tatsächlich hat sich später herausgestellt, dass einige scheinbare Entdeckungen von Planeten, die Rote Riesen umkreisen, mithilfe der Doppler-Wobble-Technik Illusionen waren entstehen durch langfristige Schwankungen im Verhalten des Sterns selbst.

Nachträgliche Beobachtungen schlossen ein solches falsch-positives Szenario für Halla jedoch aus. Das Doppler-Signal von Baekdu ist in den letzten 13 Jahren stabil geblieben, und eine genaue Untersuchung anderer Indikatoren ergab keine andere mögliche Erklärung für das Signal. Halla ist real – was uns zu der Frage zurückführt, wie es die Verschlingung überlebt hat.

Aus zwei Sternen wird eins: ein mögliches Überlebensszenario

Nachdem wir die Existenz des Planeten bestätigt hatten, gelangten wir zu zwei Szenarien, die die Situation, die wir bei Baekdu und Halla sehen, erklären könnten.

Mindestens die Hälfte aller Sterne in unserer Galaxie sind nicht wie unsere Sonne isoliert entstanden, sondern sind Teil von Doppelsternsystemen. Wenn Baekdu einst ein Doppelstern war, wäre Halla möglicherweise nie der Gefahr einer Verschlingung ausgesetzt gewesen.

Eine Verschmelzung dieser beiden Sterne könnte die Expansion beider Sterne auf eine Größe verhindert haben, die groß genug wäre, um den Planeten Halla zu verschlingen. Wäre ein Stern allein zu einem Roten Riesen geworden, hätte er Halla verschlungen. Wenn er jedoch mit einem Begleitstern verschmolzen wäre, würde er direkt in die Phase der Heliumverbrennung übergehen, ohne groß genug zu werden, um den Planeten zu erreichen.

Alternativ könnte Halla ein relativ neugeborener Planet sein. Die heftige Kollision zwischen den beiden Sternen könnte eine Gas- und Staubwolke erzeugt haben, aus der sich der Planet hätte bilden können. Mit anderen Worten, der Planet Halla könnte ein kürzlich geborener Planet der „zweiten Generation“ sein.

Welche Erklärung auch immer richtig ist, die Entdeckung eines nahen Planeten, der einen Helium verbrennenden Roten Riesenstern umkreist, zeigt, dass die Natur Wege findet, Exoplaneten an Orten erscheinen zu lassen, an denen wir sie am wenigsten erwarten würden.

Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel.