Warum Planeten so verschieden sind

Planeten können sich bezüglich Masse und Dichte erheblich unterscheiden, selbst wenn sie unter nahezu identischen Bedingungen entstanden sind. Am Beispiel der Exoplaneten Kepler-107b und c, die einen 1700 Lichtjahre entfernten Stern umkreisen, zeigt ein internationales Forscherteam jetzt, warum das so ist: Offenbar hat der Einschlag eines weiteren großen Himmelskörpers einen der beiden Planeten entscheidend verändert. Solche Ereignisse spielen demnach womöglich eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Planeten, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Astronomy“.

„Exoplaneten, die kleiner als drei Erddurchmesser sind, zeigen eine erstaunliche Diversität“, schreiben Aldo Bonomo vom Astrophysikalischen Observatorium Turin in Italien und seine Kollegen. „Ihre Dichte reicht von neptunähnlichen Werten mit einem hohen Anteil an leichten Elementen bis zur hohen Dichte von Gesteinsplaneten wie der Erde oder stark eisenhaltigen Planeten wie dem Merkur.“ Und das selbst dann, wenn diese Planeten ihre Sterne auf ähnlichen Bahnen umkreisen. Für ihre Analyse wählten die Forscher den sonnenähnlichen Stern Kepler-107 aus, bei dem vier Planeten bekannt sind. Die Begleiter ließen sich allesamt mit dem Weltraumteleskop Kepler aufspüren, weil sie von der Erde aus gesehen regelmäßig vor ihrem Stern vorüberziehen und dessen Helligkeit dabei geringfügig abschwächen.

Aus diesen „Transits“ lassen sich sowohl die Umlaufzeiten als auch die Durchmesser der Planeten bestimmen. Um mehr über die Masse der fernen Welten zu erfahren, führten die Astronomen um Bonomo zudem sehr genaue spektroskopische Messungen durch. Denn genau genommen umkreisen nicht die Planeten den Stern, sondern Stern und Planeten umrunden den gemeinsamen Massenschwerpunkt. Dadurch bewegt sich der Stern am Nachthimmel ein wenig hin und her – je massereicher die Planeten, desto stärker. Dieses Taumeln spiegelt sich durch den sogenannten Dopplereffekt im Lichtspektrum des Sterns wider und lässt sich somit beobachten. Zusammen mit dem bekannten Durchmesser ergibt sich schließlich die Dichte der Begleiter.

Bonomo und sein Team fanden auf diese Weise heraus, dass Kepler-107b und c zwar fast gleich groß sind. Doch Kepler-107c besitzt eine mehr als doppelt so hohe Dichte. Dabei hätten die Forscher eher das Gegenteil erwartet: Der auf einer engeren Bahn kreisende Planet Kepler-107b war bei seiner Entstehung einer stärkeren Strahlung vom Mutterstern ausgesetzt – leichtere Elemente wären also eher verdampft und hätten einen dichteren Planeten hinterlassen.

Mithilfe von Computersimulationen spielten die Forscher um Bonomo verschiedene Szenarien durch, um die beobachteten Unterschiede zu erklären. Demnach kommen als Ursache große Einschläge auf den jungen Planeten infrage, so das Team. Denn hierbei wird ein signifikanter Teil des leichteren Silikatmantels ins All geschleudert – zurück bleibt ein insgesamt dichterer Planet. Durch solche Einschläge ist in unserem Sonnensystem vermutlich der irdische Mond entstanden und auch die ungewöhnlich eisenhaltige Zusammensetzung des Merkurs ließe sich dadurch erklären.