Die hellsten Sterne am Nachthimmel können Neptun-große Planeten bis auf ihre felsigen Kerne abstreifen

In den letzten 25 Jahren haben Astronomen Tausende von Exoplaneten um Sterne in unserer Galaxie gefunden, aber mehr als 99 % von ihnen umkreisen kleinere Sterne – von roten Zwergen bis hin zu Sternen, die etwas massereicher sind als unsere Sonne, die als durchschnittlich großer Stern gilt.

Nur wenige wurden um noch massereichere Sterne herum entdeckt, wie z. B. Sterne vom Typ A – hellblaue Sterne, die doppelt so groß wie die Sonne sind – und die meisten der beobachteten Exoplaneten sind so groß wie Jupiter oder größer. Einige der hellsten Sterne am Nachthimmel, wie Sirius und Wega, sind Sterne vom Typ A.

Astronomen der University of California, Berkeley, berichten jetzt von einem neuen, Neptun-großen Planeten namens HD 56414 b um einen dieser heiß brennenden, aber kurzlebigen Sterne vom Typ A und geben einen Hinweis darauf, warum so wenige Gasriesen kleiner sind als Jupiter wurden um die hellsten 1 % der Sterne in unserer Galaxie gesehen.

Gegenwärtige Exoplaneten-Erkennungsmethoden finden am einfachsten Planeten mit kurzen, schnellen Umlaufzeiten um ihre Sterne, aber dieser neu entdeckte Planet hat eine längere Umlaufzeit als die meisten bisher entdeckten. Die Forscher schlagen vor, dass ein leichter zu findender Planet in Neptungröße, der näher an einem hellen Stern vom Typ A sitzt, durch die grelle Sternstrahlung schnell von seinem Gas befreit und auf einen nicht nachweisbaren Kern reduziert würde.

Während diese Theorie vorgeschlagen wurde, um sogenannte heiße Neptunwüsten um rötere Sterne zu erklären, war aufgrund des Mangels an bekannten Planeten unbekannt, ob sich dies auf heißere Sterne erstreckte – Sterne vom Typ A sind etwa 1,5- bis 2-mal heißer als die Sonne einige der hellsten Sterne der Galaxie.

„Es ist einer der kleinsten Planeten, die wir um diese wirklich massereichen Sterne herum kennen“, sagte Steven Giacalone, Doktorand an der UC Berkeley. „Tatsächlich ist dies der heißeste Stern, den wir kennen, mit einem Planeten, der kleiner als Jupiter ist. Dieser Planet ist in erster Linie interessant, weil diese Art von Planeten wirklich schwer zu finden ist, und wir werden wahrscheinlich nicht viele wie sie im Planet finden vorhersehbare Zukunft.“

Heiße Neptunwüste

Die Entdeckung dessen, was die Forscher einen „warmen Neptun“ nennen, direkt außerhalb der Zone, in der der Planet sein Gas verloren hätte, deutet darauf hin, dass helle Sterne vom Typ A möglicherweise zahlreiche unsichtbare Kerne innerhalb der heißen Neptunzone haben, die darauf warten, entdeckt zu werden durch empfindlichere Techniken.

„Wir könnten erwarten, bei kurzen Umlaufzeiten eine Anhäufung von verbliebenen neptunischen Kernen zu sehen“ um solche Sterne, schlossen die Forscher in ihrer Arbeit.

Die Entdeckung trägt auch zu unserem Verständnis bei, wie sich Planetenatmosphären entwickeln, sagte Courtney Dressing, Assistenzprofessorin für Astronomie an der UC Berkeley.

„Es stellt sich die große Frage, wie Planeten ihre Atmosphäre im Laufe der Zeit behalten“, sagte Dressing. „Wenn wir kleinere Planeten betrachten, betrachten wir dann die Atmosphäre, mit der sie entstanden sind, als sie sich ursprünglich aus einer Akkretionsscheibe gebildet hat? Betrachten wir eine Atmosphäre, die im Laufe der Zeit aus dem Planeten ausgegast wurde? Wenn wir dazu in der Lage sind Planeten zu betrachten, die unterschiedliche Lichtmengen von ihrem Stern erhalten, insbesondere unterschiedliche Wellenlängen des Lichts, was uns die A-Sterne ermöglichen – es ermöglicht uns, das Verhältnis von Röntgenstrahlen zu ultraviolettem Licht zu ändern – dann können wir es versuchen Sehen Sie, wie genau ein Planet seine Atmosphäre im Laufe der Zeit behält.“

Giacalone und Dressing berichteten über ihre Entdeckung in einem von akzeptierten Artikel Die Briefe des astrophysikalischen Journals und online gestellt.

Laut Dressing ist bekannt, dass stark verstrahlte, neptungroße Planeten, die weniger massereiche, sonnenähnliche Sterne umkreisen, seltener sind als erwartet. Ob dies jedoch für Planeten gilt, die Sterne vom Typ A umkreisen, ist nicht bekannt, da es schwierig ist, diese Planeten zu entdecken.

Und ein Stern vom Typ A ist ein anderes Tier als kleinere F-, G-, K- und M-Zwerge. Nahe Planeten, die sonnenähnliche Sterne umkreisen, erhalten große Mengen an Röntgen- und Ultraviolettstrahlung, aber nahe Planeten, die Sterne vom Typ A umkreisen, erfahren viel mehr Nah-Ultraviolettstrahlung als Röntgenstrahlung oder extreme Ultraviolettstrahlung.

„Die Feststellung, ob sich die heiße Neptunwüste auch auf Sterne vom Typ A erstreckt, gibt einen Einblick in die Bedeutung der nah-ultravioletten Strahlung bei der Steuerung des atmosphärischen Entweichens“, sagte sie. „Dieses Ergebnis ist wichtig, um die Physik des atmosphärischen Massenverlusts zu verstehen und die Entstehung und Entwicklung kleiner Planeten zu untersuchen.“

Der Planet HD 56414 b wurde von der TESS-Mission der NASA entdeckt, als er seinen Stern HD 56414 durchquerte. Dressing, Giacalone und ihre Kollegen bestätigten, dass HD 56414 ein Stern vom Typ A war, indem sie Spektren mit dem 1,5-Meter-Teleskop erhielten, das von Small and betrieben wird SMARTS-Konsortium (Moderate Aperture Research Telescope System) am Cerro Tololo in Chile.

Der Planet hat einen 3,7-fachen Erdradius und umkreist den Stern alle 29 Tage in einer Entfernung, die etwa einem Viertel der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. Das System ist ungefähr 420 Millionen Jahre alt, viel jünger als das Alter unserer Sonne von 4,5 Milliarden Jahren.

Die Forscher modellierten die Wirkung, die die Strahlung des Sterns auf den Planeten haben würde, und kamen zu dem Schluss, dass der Stern, obwohl er seine Atmosphäre langsam auflöst, wahrscheinlich eine Milliarde Jahre überleben würde – über den Punkt hinaus, an dem der Stern erwartet wird ausbrennen und zusammenbrechen, wodurch eine Supernova entsteht.

Giacalone sagte, dass jupitergroße Planeten weniger anfällig für Photoverdampfung sind, weil ihre Kerne massiv genug sind, um ihr Wasserstoffgas zu halten.

„Es gibt dieses Gleichgewicht zwischen der zentralen Masse des Planeten und der aufgeblähten Atmosphäre“, sagte er. „Für Planeten von der Größe von Jupiter oder größer ist der Planet massiv genug, um seine geschwollene Atmosphäre durch Gravitation zu halten. Wenn Sie sich zu Planeten von der Größe von Neptun bewegen, ist die Atmosphäre immer noch geschwollen, aber der Planet ist nicht so massiv, also sie können ihre Atmosphäre leichter verlieren.“

Giacalone und Dressing suchen weiterhin nach weiteren Exoplaneten in Neptungröße um Sterne vom Typ A, in der Hoffnung, andere in oder in der Nähe der heißen Neptunwüste zu finden, um zu verstehen, wo sich diese Planeten während der Sternentstehung in der Akkretionsscheibe bilden, ob sie sich nach innen bewegen oder nach außen im Laufe der Zeit und wie sich ihre Atmosphären entwickeln.