Studie wirft neues Licht auf seltsame Lavawelten

Lavawelten, riesige Exoplaneten, die einen glitzernden Himmel und tosende Vulkanmeere, sogenannte Magma-Ozeane, beherbergen, unterscheiden sich deutlich von den Planeten in unserem Sonnensystem.

Bisher wurde festgestellt, dass fast 50 % aller bisher entdeckten felsigen Exoplaneten in der Lage sind, Magma auf ihrer Oberfläche zu halten, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass diese Planeten so nahe an ihren Muttersternen liegen, dass sie sie in weniger als 10 Tagen umkreisen. Die Nähe führt dazu, dass der Planet von rauem Wetter bombardiert wird und die Oberflächentemperaturen extrem werden, was ihn für das Leben, wie wir es heute kennen, nahezu unwirtlich macht.

Jetzt haben Wissenschaftler in einer neuen Studie gezeigt, dass diese ausgedehnten geschmolzenen Ozeane einen großen Einfluss auf die beobachteten Eigenschaften heißer felsiger Supererden haben, wie etwa ihre Größe und ihren Entwicklungsweg.

Ihre Forschung wurde kürzlich veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journalfanden heraus, dass aufgrund der extrem komprimierbaren Natur von Lava Ozeane aus Magma dazu führen können, dass lavareiche Planeten ohne Atmosphäre etwas dichter sind als feste Planeten ähnlicher Größe und dass sie auch Auswirkungen auf die Struktur ihrer Mäntel haben können, der dicken inneren Schicht, die den Kern eines Planeten umgibt.

Da diese Objekte jedoch notorisch wenig erforscht sind, kann es eine schwierige Aufgabe sein, die grundlegende Funktionsweise von Lavaplaneten zu charakterisieren, sagte Kiersten Boley, Hauptautorin der Studie und Doktorandin der Astronomie an der Ohio State University.

„Lavawelten sind sehr merkwürdige, sehr interessante Dinge, und aufgrund der Art und Weise, wie wir Exoplaneten entdecken, sind wir eher voreingenommen, sie zu finden“, sagte Boley, dessen Forschung sich darauf konzentriert, zu verstehen, welche wesentlichen Bestandteile Exoplaneten einzigartig machen und wie man diese Elemente optimiert Im Fall von Lavawelten können ihre Temperaturen sie vollständig verändern.

Einer der bekanntesten dieser mysteriösen brennenden Welten ist 55 Cancri e, ein etwa 41 Lichtjahre entfernter Exoplanet, den Wissenschaftler als Heimat sowohl eines funkelnden Himmels als auch brodelnder Lavameere beschreiben.

Während es in unserem Sonnensystem Objekte wie den Jupitermond Io gibt, die extrem vulkanisch aktiv sind, gibt es in unserem Teil des Kosmos keine echten Lavaplaneten, die Wissenschaftler aus nächster Nähe untersuchen könnten. Allerdings könne die Untersuchung, wie die Zusammensetzung der Magma-Ozeane zur Entwicklung anderer Planeten beiträgt, etwa wie lange sie geschmolzen bleiben und aus welchen Gründen sie schließlich abkühlen, Hinweise auf die feurige Geschichte der Erde selbst liefern, sagte Boley.

„Wenn sich Planeten zum ersten Mal bilden, insbesondere felsige terrestrische Planeten, durchlaufen sie beim Abkühlen ein Magma-Ozean-Stadium“, sagte Boley. „Lavawelten können uns also einen Einblick in die Entwicklung fast aller erdähnlichen Planeten geben.“

Verwendung der Exoplanet Interior Modeler-Software Exoplex Mithilfe von Daten aus früheren Studien simulierten die Forscher mehrere Entwicklungsszenarien eines erdähnlichen Planeten mit Oberflächentemperaturen zwischen 2.600 und 3.860 Grad Fahrenheit – dem Schmelzpunkt, bei dem der Planet fest ist –, um ein Modul zu erstellen, das Informationen über verschiedene Arten von Magmazusammensetzungen enthielt Der Mantel würde flüssig werden.

Anhand der von ihnen erstellten Modelle konnte das Team erkennen, dass Mäntel von Magma-Ozean-Planeten eine von drei Formen annehmen können: die erste, in der der gesamte Mantel vollständig geschmolzen ist, die zweite, in der ein Magma-Ozean auf der Oberfläche liegt, und eine drittes Sandwich-ähnliches Modell, das aus einem Magma-Ozean an der Oberfläche, einer festen Gesteinsschicht in der Mitte und einer weiteren Schicht geschmolzenen Magmas besteht, die dem Planetenkern am nächsten liegt.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die zweite und dritte Form etwas häufiger vorkommen als vollständig geschmolzene Planeten. Abhängig von der Zusammensetzung der Magma-Ozeane sind einige atmosphärenfreie Exoplaneten besser als andere darin, flüchtige Elemente – Verbindungen wie Sauerstoff und Kohlenstoff, die für die Bildung früher Atmosphären notwendig sind – über Milliarden von Jahren einzufangen.

Beispielsweise stellt die Studie fest, dass ein Planet der Basalmagmaklasse, der viermal massereicher als die Erde ist, mehr als das 130-fache der Wassermasse als in den heutigen Ozeanen der Erde und etwa das 1.000-fache der derzeit auf der Planetenoberfläche vorhandenen Kohlenstoffmenge einschließen kann und Kruste.

„Wenn wir über die Entwicklung eines Planeten und sein Potenzial sprechen, verschiedene Elemente zu enthalten, die man zum Leben benötigen würde, könnte die Möglichkeit, viele flüchtige Elemente in ihren Mänteln einzuschließen, größere Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit haben“, sagte Boley.

Lavaplaneten sind noch lange nicht bewohnbar genug, um Leben zu ermöglichen, aber es ist wichtig, die Prozesse zu verstehen, die diesen Welten dabei helfen, dorthin zu gelangen. Dennoch macht diese Studie deutlich, dass die Messung ihrer Dichte nicht gerade der beste Weg ist, diese Welten zu charakterisieren, wenn man sie mit festen Exoplaneten vergleicht, da ein Magma-Ozean die Dichte seines Planeten weder wesentlich erhöht noch verringert, sagte Boley.

Stattdessen zeigen ihre Forschungen, dass Wissenschaftler sich auf andere terrestrische Parameter wie Schwankungen der Oberflächengravitation eines Planeten konzentrieren sollten, um ihre Theorien über die Funktionsweise heißer Lavawelten zu testen, insbesondere wenn zukünftige Forscher planen, ihre Daten zur Unterstützung größerer Planetenstudien zu verwenden.

„Diese Arbeit, die eine Kombination aus Geowissenschaften und Astronomie ist, wirft grundsätzlich spannende neue Fragen über Lavawelten auf“, sagte Boley.