Außerirdischer Planet, der sich spiralförmig um einen alternden Stern seinem Untergang nähert

Zum ersten Mal haben Astronomen einen Exoplaneten entdeckt, dessen Umlaufbahn um einen weiterentwickelten oder älteren Wirtsstern zerfällt. Die betroffene Welt scheint dazu bestimmt zu sein, sich ihrem reifenden Stern immer näher zu nähern, bis sie kollidiert und schließlich vernichtet wird.

Die Entdeckung bietet neue Einblicke in den langwierigen Prozess des planetaren Orbitalzerfalls, indem sie den ersten Blick auf ein System in diesem späten Stadium der Evolution ermöglicht.

Death-by-Stern ist ein Schicksal, von dem angenommen wird, dass es viele Welten erwartet und das ultimative der Erde sein könnte Adios Milliarden von Jahren, wenn unsere Sonne älter wird.

„Wir haben bereits Hinweise darauf gefunden, dass sich Exoplaneten zu ihren Sternen hinwinden, aber wir haben noch nie zuvor einen solchen Planeten um einen entwickelten Stern herum gesehen“, sagt Shreyas Vissapragada, ein 51 Pegasi b Fellow am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian und Hauptautor einer neuen Studie, die die Ergebnisse beschreibt. „Die Theorie sagt voraus, dass entwickelte Sterne sehr effektiv darin sind, Energie aus den Umlaufbahnen ihrer Planeten zu saugen, und jetzt können wir diese Theorien mit Beobachtungen testen.“

Die Ergebnisse wurden am Montag in veröffentlicht Die Briefe des astrophysikalischen Journals.

Der unglückselige Exoplanet trägt die Bezeichnung Kepler-1658b. Wie der Name schon sagt, entdeckten Astronomen den Exoplaneten mit dem Kepler-Weltraumteleskop, einer bahnbrechenden Planetenjagdmission, die 2009 gestartet wurde. Seltsamerweise war die Welt der allererste neue Exoplanetenkandidat, den Kepler je beobachtete. Dennoch dauerte es fast ein Jahrzehnt, um die Existenz des Planeten zu bestätigen, als das Objekt offiziell als 1658. Eintrag in Keplers Katalog aufgenommen wurde.

Kepler-1658b ist ein sogenannter heißer Jupiter, der Spitzname für Exoplaneten, die der Masse und Größe von Jupiter entsprechen, sich aber in sengenden, ultranahen Umlaufbahnen um ihre Wirtssterne befinden. Für Kepler-1658b beträgt diese Entfernung nur ein Achtel des Abstands zwischen unserer Sonne und ihrem Planeten mit der engsten Umlaufbahn, Merkur. Bei heißen Jupitern und anderen Planeten wie Kepler-1658b, die ihren Sternen bereits sehr nahe sind, sieht es so aus, als ob der Zerfall der Umlaufbahn in der Zerstörung gipfeln wird.

Die Messung des Umlaufbahnzerfalls von Exoplaneten hat die Forscher herausgefordert, da der Prozess sehr langsam und allmählich abläuft. Im Fall von Kepler-1658b nimmt laut der neuen Studie seine Umlaufzeit mit einer winzigen Rate von etwa 131 Millisekunden (Tausendstelsekunden) pro Jahr ab, wobei eine kürzere Umlaufbahn darauf hindeutet, dass sich der Planet seinem Stern nähert.

Um diesen Rückgang zu erkennen, waren mehrere Jahre sorgfältiger Beobachtung erforderlich. Die Uhr begann mit Kepler und wurde dann vom Hale-Teleskop des Palomar-Observatoriums in Südkalifornien und schließlich vom Transiting Exoplanet Survey Telescope oder TESS aufgenommen, das 2018 gestartet wurde. Alle drei Instrumente erfassten Transite, die Bezeichnung dafür, wenn ein Exoplanet das Gesicht überquert seines Sterns und bewirkt eine ganz leichte Abschwächung der Helligkeit des Sterns. In den letzten 13 Jahren hat sich das Intervall zwischen den Transiten von Kepler-1658b leicht, aber stetig verkürzt.

Die Hauptursache für den Zerfall der Umlaufbahn von Kepler-1658b sind Gezeiten – dasselbe Phänomen, das für das tägliche Steigen und Sinken der Ozeane der Erde verantwortlich ist. Gezeiten werden durch Gravitationswechselwirkungen zwischen zwei umlaufenden Körpern erzeugt, wie z. B. zwischen unserer Welt und dem Mond oder Kepler-1658b und seinem Stern. Die Schwerkraft der Körper verzerrt ihre Formen gegenseitig, und wenn die Körper auf diese Veränderungen reagieren, wird Energie freigesetzt. Abhängig von den Abständen, Größen und Rotationsraten der beteiligten Körper können diese Gezeitenwechselwirkungen dazu führen, dass Körper sich gegenseitig wegdrücken – der Fall bei der Erde und dem sich langsam nach außen drehenden Mond – oder nach innen, wie bei Kepler-1658b sein Stern.

Es gibt immer noch vieles, was Forscher über diese Dynamik nicht verstehen, insbesondere in Sternenplaneten-Szenarien. Dementsprechend sollte sich ein weiteres Studium des Kepler-1658-Systems als aufschlussreich erweisen.

Der Stern hat sich in seinem stellaren Lebenszyklus bis zu dem Punkt entwickelt, an dem er begonnen hat, sich auszudehnen, so wie es von unserer Sonne erwartet wird, und in eine Phase eingetreten ist, die Astronomen eine Subriesenphase nennen. Die innere Struktur entwickelter Sterne sollte im Vergleich zu unentwickelten Sternen wie unserer Sonne eher zur Dissipation von Gezeitenenergie führen, die aus den Umlaufbahnen von beherbergenden Planeten entnommen wird. Dies beschleunigt den orbitalen Zerfallsprozess und erleichtert die Untersuchung auf menschlichen Zeitskalen.

Die Ergebnisse helfen weiter bei der Erklärung einer intrinsischen Kuriosität von Kepler-1658b, die heller und heißer als erwartet erscheint. Die Gezeitenwechselwirkungen, die die Umlaufbahn des Planeten schrumpfen, könnten auch zusätzliche Energie innerhalb des Planeten selbst freisetzen, sagt das Team.

Vissapragada weist auf eine ähnliche Situation bei Jupiters Mond Io hin, dem vulkanischsten Körper im Sonnensystem. Der gravitative Push-and-Pull von Jupiter auf Io schmilzt das Innere des Planeten. Dieses geschmolzene Gestein bricht dann auf die berühmt infernalische, pizzaähnliche Oberfläche des Mondes aus gelben schwefelhaltigen Ablagerungen und frischer roter Lava aus.

Das Stapeln zusätzlicher Beobachtungen von Kepler-1658b sollte mehr Licht auf die Wechselwirkungen zwischen Himmelskörpern werfen. Und da TESS weiterhin Tausende von nahen Sternen untersuchen soll, erwarten Vissapragada und Kollegen, dass das Teleskop zahlreiche weitere Fälle von Exoplaneten entdecken wird, die in den Abflüssen ihrer Wirtssterne kreisen.

„Jetzt, da wir Beweise dafür haben, dass sich ein Planet um einen weiterentwickelten Stern inspiriert, können wir wirklich damit beginnen, unsere Modelle der Gezeitenphysik zu verfeinern“, sagt Vissapragada. „Das Kepler-1658-System kann auf diese Weise jahrelang als Himmelslabor dienen, und mit etwas Glück wird es bald viele weitere dieser Labore geben.“

Vissapragada, der vor ein paar Monaten dem Center for Astrophysics beigetreten ist und nun von Mercedes López-Morales betreut wird, freut sich auf weitere dramatische Fortschritte in der Wissenschaft der Exoplaneten.

„Shreyas war eine willkommene Ergänzung unseres Teams, das an der Charakterisierung der Entwicklung von Exoplaneten und ihrer Atmosphäre arbeitet“, sagt López-Morales, Astronom am Zentrum für Astrophysik.

„Ich kann es kaum erwarten zu sehen, was wir alle gemeinsam entdecken werden“, fügt Vissapragada hinzu.