Astronomen entdecken WASP-193b, einen Riesenplaneten mit einer Dichte ähnlich der von Zuckerwatte

Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des EXOTIC Laboratory der Universität Lüttich hat in Zusammenarbeit mit dem MIT und dem Astrophysikalischen Institut in Andalusien gerade WASP-193b entdeckt, einen Riesenplaneten mit außergewöhnlich geringer Dichte, der einen entfernten sonnenähnlichen Stern umkreist.

Dieser neue Planet, der 1.200 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt, ist 50 % größer als Jupiter, aber siebenmal weniger massereich, was ihm eine extrem geringe Dichte verleiht, die mit der von Zuckerwatte vergleichbar ist.

„WASP-193b ist der bisher entdeckte Planet mit der zweitniedrigsten Dichte nach Kepler-51d, der viel kleiner ist“, erklärt Khalid Barkaoui, Postdoktorand am EXOTIC Laboratory der ULiège und Erstautor des Artikels veröffentlicht In Naturastronomie.

„Seine extrem geringe Dichte macht ihn zu einer echten Anomalie unter den mehr als fünftausend bisher entdeckten Exoplaneten. Diese extrem geringe Dichte kann von Standardmodellen bestrahlter Gasriesen nicht reproduziert werden, selbst unter der unrealistischen Annahme einer kernlosen Struktur.“

Der neue Planet wurde ursprünglich von Wide Angle Search for Planets (WASP) entdeckt, einer internationalen Zusammenarbeit akademischer Institutionen, die gemeinsam zwei Roboterobservatorien betrieben, eines auf der Nordhalbkugel und das andere im Süden. Jedes Observatorium nutzte eine Reihe von Weitwinkelkameras, um die Helligkeit Tausender einzelner Sterne am gesamten Himmel zu messen.

In Daten, die zwischen 2006 und 2008 und erneut zwischen 2011 und 2012 aufgenommen wurden, entdeckte das WASP-South-Observatorium periodische Transite oder Lichteinbrüche des Sterns WASP-193. Astronomen stellten fest, dass die periodischen Helligkeitsabfälle des Sterns damit vereinbar waren, dass alle 6,25 Tage ein Planet vor dem Stern vorbeizog. Die Wissenschaftler maßen die Lichtmenge, die der Planet bei jedem Transit blockierte, und konnten so die Größe des Planeten abschätzen.

Das Team nutzte dann die Observatorien TRAPPIST-South und SPECULOOS-South – unter der Leitung von Michaël Gillon, FNRS-Forschungsdirektor und Astrophysiker an der ULiège – in der Atacama-Wüste in Chile, um das Planetensignal in verschiedenen Wellenlängen zu messen und die planetarische Natur des Planeten zu validieren verdunkelndes Objekt.

Schließlich nutzten sie auch spektroskopische Beobachtungen der Spektrographen HARPS und CORALIE – ebenfalls in Chile (ESO) –, um die Masse des Planeten zu messen.

Zu ihrer großen Überraschung ergaben die gesammelten Messungen eine äußerst geringe Dichte des Planeten. Sie berechneten, dass seine Masse und seine Größe etwa 0,14 bzw. 1,5 der Jupitermasse betrugen. Die resultierende Dichte betrug etwa 0,059 Gramm pro Kubikzentimeter.

Im Gegensatz dazu beträgt die Dichte des Jupiter etwa 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter; und die Erde hat einen größeren Wert von 5,51 Gramm pro Kubikzentimeter. Eines der Materialien, die der Dichte des neuen, bauschigen Planeten am nächsten kommen, ist Zuckerwatte mit einer Dichte von etwa 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter.

„Der Planet ist so leicht, dass man sich kaum ein analoges Festkörpermaterial vorstellen kann“, sagt Julien de Wit, Professor am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und Co-Autor. „Der Grund, warum es Zuckerwatte ähnelt, liegt darin, dass beide ziemlich viel Luft sind. Der Planet ist im Grunde super flauschig.“

Die Forscher vermuten, dass der neue Planet wie die meisten anderen Gasriesen in der Galaxie hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Bei WASP-193b bilden diese Gase wahrscheinlich eine enorm aufgeblähte Atmosphäre, die sich Zehntausende Kilometer weiter erstreckt als die Atmosphäre des Jupiter. Wie genau sich ein Planet so stark aufblähen kann, ist eine Frage, die noch keine bestehende Theorie der Planetenentstehung beantworten kann. Es erfordert sicherlich eine beträchtliche Energiedeponierung tief im Inneren des Planeten, aber die Einzelheiten des Mechanismus sind noch nicht verstanden.

„Wir wissen nicht, wo wir diesen Planeten in all den Entstehungstheorien, die wir derzeit haben, einordnen sollen, weil er von allen ein Ausreißer ist. Wir können nicht erklären, wie dieser Planet entstanden ist. Wenn wir uns seine Atmosphäre genauer ansehen, können wir das eingrenzen.“ ein evolutionärer Weg dieses Planeten“, fügt Francisco Pozuelos, Astronom am Instituto de Astrofisica de Andalucia (IAA-CSIC, Granada, Spanien) hinzu.

„WASP-193b ist ein kosmisches Rätsel. Um es zu lösen, bedarf es weiterer Beobachtungs- und theoretischer Arbeit, insbesondere der Messung seiner atmosphärischen Eigenschaften mit dem JWST-Weltraumteleskop und der Auseinandersetzung mit verschiedenen theoretischen Mechanismen, die möglicherweise zu einer derart extremen Inflation führen“, schließt er Barkaoui.