Webb entdeckt sechs neue „Schurkenwelten“, die Hinweise zur Sternentstehung liefern

Schurkenplaneten oder frei schwebende Objekte mit planetarer Masse (FFPMOs) sind planetengroße Objekte, die sich entweder im interstellaren Raum gebildet haben oder Teil eines Planetensystems waren, bevor sie durch Gravitationsstörungen hinausgeschleudert wurden.

Seit ihrer ersten Beobachtung im Jahr 2000 haben Astronomen Hunderte von Kandidaten entdeckt, die nicht an einen bestimmten Stern gebunden sind und durch das interstellare Medium (ISM) unserer Galaxie schweben. Tatsächlich schätzen einige Wissenschaftler, dass es allein in der Milchstraße bis zu 2 Billionen Schurkenplaneten (oder mehr) geben könnte.

In jüngster Zeit gab ein Team von Astronomen, die mit dem James Webb Space Telescope (JWST) zusammenarbeiten, die Entdeckung von sechs Kandidaten für einen Schurkenplaneten an einem ungewöhnlichen Ort bekannt. Die Planeten, darunter der leichteste Schurkenplanet, der jemals identifiziert wurde (mit einer Trümmerscheibe um ihn herum), wurden während Webbs tiefster Durchmusterung des jungen Nebels NGC 1333 entdeckt, einem Sternentstehungshaufen etwa tausend Lichtjahre entfernt im Sternbild Perseus. Diese Planeten könnten den Astronomen viel über den Entstehungsprozess von Sternen und Planeten beibringen.

Das Team wurde von Adam Langeveld geleitet, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter in der Abteilung für Physik und Astronomie der Johns Hopkins University (JHU). Der Artikel, der die Ergebnisse der Untersuchung detailliert beschreibt, wurde zur Veröffentlichung angenommen in Das astronomische Journal und ist derzeit verfügbar auf der arXiv Preprint-Server.

Die meisten der bisher entdeckten Schurkenplaneten wurden mithilfe von Gravitationsmikrolinsen entdeckt, während andere durch Direktabbildung entdeckt wurden. Die erste Methode basiert auf „Linseneffekten“, bei denen die Gravitationskraft massiver Objekte die Krümmung der Raumzeit um sie herum verändert und das Licht weiter entfernter Objekte verstärkt. Bei der zweiten Methode werden Braune Zwerge (Objekte, die sich zwischen Planeten und Sternen befinden) und massive Planeten direkt entdeckt, indem die in ihren Atmosphären erzeugte Infrarotstrahlung erfasst wird.

In ihrem Artikel beschreibt das Team, wie die Entdeckung während einer extrem tiefen spektroskopischen Untersuchung von NGC1333 erfolgte. Mithilfe von Daten von Webbs Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) maß das Team das Spektrum jedes Objekts im beobachteten Teil des Sternhaufens. Dies ermöglichte ihnen die Neuanalyse der Spektren von 19 zuvor beobachteten Braunen Zwergen und führte zur Entdeckung eines neuen Braunen Zwergs mit einem Begleiter von Planetenmasse.

Diese letzte Beobachtung war ein seltener Fund, der bereits Theorien über die Entstehung von Doppelsternsystemen in Frage stellt. Der eigentliche Clou war jedoch die Entdeckung von sechs Planeten mit der fünf- bis zehnfachen Masse des Jupiters (auch Super-Jupiter genannt).

Dies bedeutet, dass diese sechs Kandidaten zu den masseärmsten Schurkenplaneten gehören, die je gefunden wurden und die durch denselben Prozess entstanden sind wie Braune Zwerge und Sterne. Dies war das Ziel der Deep Spectroscopic Survey for Young Brown Dwarfs and Free-Floating Planets-Umfrage, die massereiche Objekte untersuchen sollte, die nicht groß genug sind, um zu Sternen zu werden.

Die Tatsache, dass Webbs Beobachtungen keine Objekte mit einer geringeren Masse als fünf Jupitermassen ergaben (für deren Erkennung das Observatorium empfindlich genug ist), ist ein starker Hinweis darauf, dass sich stellare Objekte, die leichter als diese sind, eher auf die gleiche Art und Weise bilden wie Planeten.

Der Hauptautor Langeveld sagte in einer von der neuen Quelle der JHU (dem Hub) veröffentlichten Erklärung:

„Wir loten die Grenzen des Sternentstehungsprozesses aus. Wenn man ein Objekt hat, das wie ein junger Jupiter aussieht, ist es dann möglich, dass es unter den richtigen Bedingungen zu einem Stern geworden ist? Dies ist ein wichtiger Kontext für das Verständnis der Sternen- und Planetenentstehung.“

Der faszinierendste der Schurkenplaneten war zugleich auch der leichteste: schätzungsweise fünf Jupitermassen (etwa 1.600 Erden). Da Staub und Gas in der Regel in den frühen Stadien der Sternentstehung in eine Scheibe fallen, deutet die Existenz dieses Trümmerrings um den einen Planeten stark darauf hin, dass er auf die gleiche Weise entstanden ist wie Sterne.

Planetensysteme entstehen jedoch auch aus Trümmerscheiben (auch Zirkumsolarscheiben genannt), was darauf schließen lässt, dass diese Objekte möglicherweise ihre eigenen Satelliten bilden können. Dies deutet darauf hin, dass diese massiven Planeten die Kinderstube für ein Miniatur-Planetensystem sein könnten – wie unser Sonnensystem, aber in viel kleinerem Maßstab.

Ray Jayawardhana, Provost der Johns Hopkins University, Astrophysiker und leitender Autor der Studie (der auch die Untersuchungsgruppe leitet), sagte: „Es stellt sich heraus, dass die kleinsten frei schwebenden Objekte, die sich wie Sterne bilden, sich in ihrer Masse mit riesigen Exoplaneten überschneiden, die nahegelegene Sterne umkreisen. Es ist wahrscheinlich, dass sich ein solches Paar auf die gleiche Weise gebildet hat wie Doppelsternsysteme, nämlich aus einer Wolke, die beim Zusammenziehen zerfiel. Die Vielfalt der Systeme, die die Natur hervorgebracht hat, ist bemerkenswert und zwingt uns, unsere Modelle der Stern- und Planetenentstehung zu verfeinern …

„Unsere Beobachtungen bestätigen, dass die Natur Objekte mit planetarischer Masse auf mindestens zwei verschiedene Arten hervorbringt: durch die Kontraktion einer Wolke aus Gas und Staub, durch die Art und Weise, wie Sterne entstehen, und durch Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne, wie es beispielsweise bei Jupiter in unserem Sonnensystem der Fall war.“

In den kommenden Monaten will das Team mit Webb weitere Untersuchungen der Atmosphären dieser Schurkenplaneten durchführen und sie mit denen von Braunen Zwergen und Gasriesen vergleichen. Außerdem wollen sie die Sternentstehungsregion nach anderen Objekten mit Trümmerscheiben absuchen, um die Möglichkeit von Mini-Planetensystemen zu untersuchen.

Die von ihnen gewonnenen Daten werden den Astronomen auch dabei helfen, ihre Schätzungen über die Anzahl der Schurkenplaneten in unserer Galaxie zu verfeinern. Die neuen Webb-Beobachtungen deuten darauf hin, dass derartige Körper etwa 10 % der Himmelskörper im untersuchten Cluster ausmachen.

Aktuellen Schätzungen zufolge gibt es in unserer Galaxie zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne und zwischen 800 Milliarden und 3,2 Billionen Planeten. Bei 10 % würde das bedeuten, dass es da draußen zwischen 90 und 360 Milliarden Schurkenwelten gibt. Wie wir in früheren Artikeln untersucht haben, könnten wir eines Tages einige davon erforschen, und unsere Sonne könnte sogar einige davon einfangen.