Exotische Himmelskörper stellen Theorien der Entstehung und des Aufbaus von Planeten infrage

Planetensystem HR 8799

Victoria (Kanada)/Cambridge (USA) - Die Entdeckung und Beobachtung von Planeten bei anderen Sternen ist heute Routine - über 500 solcher Exoplaneten kennen die Astronomen bereits - und daher kaum mehr eine Meldung wert. Doch die Riesenplaneten der beiden Sterne HR 8799 und WASP-12, über die zwei Forscherteams jetzt in der Online-Ausgabe des Fachblatts "Nature" berichten, haben es in sich: Sie stehen im Widerspruch zu Theorien der Planetenentstehung und des Aufbaus von Planetenatmosphären.

Christian Marols vom kanadischen Herzberg Institute of Astrophysics und seine Kollegen haben bei HR 8799 einen vierten Planeten aufgespürt. HR 8799 ist der einzige bekannte Stern, den mehrere Riesenplaneten - alle besitzen etwa die zehnfache Jupitermasse - auf weit außen liegenden Bahnen umkreisen. Mehr noch: Die Planeten wurden nicht - wie zumeist üblich - indirekt entdeckt, sondern sind direkt beobachtbar.

Der neu entdeckte Planet wirft nun das Problem auf, dass sich das System insgesamt mit keinem der theoretischen Entstehungsmodelle in Einklang bringen lässt. Für einen gravitativen Kollaps eines Teils der Gas- und Staubscheibe um den jungen Stern kreist der neue Planet zu weit innen, für ein langsames Wachstum zunächst kleiner Planetenkerne durch das Aufsaugen des Gases aus der Umgebung kreisen die anderen drei Planeten zu weit außen. Und auch eine weitere Erklärung, dass nämlich die Planeten weiter innen oder weiter außen entstanden und dann erst an ihre heutigen Positionen gewandert sind, scheidet aus: Die Planeten sind zu massereich, um eine so weite Wanderung in der verfügbaren Zeit zu ermöglichen.

Für ein Rätsel ganz anderer Art sorgt der 2008 entdeckte Planet WASP-12b, ein "heißer Jupiter", der seinen Stern auf einer extrem engen Bahn umrundet. Wie Nikku Madhusudhan vom Massachusetts Institute of Technology und seine Kollegen berichten, enthält die Atmosphäre von WASP-12b erheblich mehr Kohlenmonoxid und Methan, dafür aber weniger Wasser als theoretische Modelle für einen Planeten dieser Temperatur vorhersagen. Die Daten sprechen dafür, dass das Innere des Planeten nicht von Silikaten, sondern von kohlenstoffhaltigen Karbiden dominiert wird. Für einen derart hohen Kohlenstoffanteil haben die Astronomen jedoch keine Erklärung, da der Zentralstern nach bisherigen Erkenntnissen eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie unsere Sonne aufweist. Kopfzerbrechen bereitet den Forschern auch, dass die Atmosphäre von WASP-12b keine so genannte thermische Inversion - also eine Umkehrung der Temperaturschichtung - zeigt, wie sie von theoretischen Modellen für heiße jupiterähnliche Planeten vorhergesagt wird. Sowohl in der Theorie der Planetenentstehung als auch in den Modellen des Planetenaufbaus scheint es also noch einige Lücken zu geben.