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Verlockende Hinweise auf die Entstehung exotischer Welten vom jungen Riesenplaneten

 

Heißer Jupiter Exoplanet

Diese Animation zeigt eine Art Gasriesenplaneten, der als heißer Jupiter bekannt ist und sehr nahe an seinem Stern umkreist. Wenn man mehr von diesen jugendlichen Planeten findet, kann man den Astronomen helfen, zu verstehen, wie sie sich gebildet haben und ob sie während ihres Lebens aus kühleren Gegenden abwandern. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech

Planeten in Jupiter- Größe, die in der Nähe ihrer Sterne umkreisen, haben die Vorstellung, wie sich Riesenplaneten bilden, auf den Kopf gestellt. Die Suche nach jungen Mitgliedern dieser Planetenklasse könnte helfen, wichtige Fragen zu beantworten.

Für den größten Teil der Menschheitsgeschichte basierte unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Planeten auf den acht (oder neun) Planeten in unserem Sonnensystem. In den letzten 25 Jahren hat die Entdeckung von mehr als 4.000 Exoplaneten oder Planeten außerhalb unseres Sonnensystems all dies geändert.

Zu den faszinierendsten dieser fernen Welten gehört eine Klasse von Exoplaneten, die als heiße Jupiter bezeichnet werden. Ähnlich wie Jupiter umkreisen diese gasdominierten Planeten ihre Elternsterne extrem nahe und umkreisen sie in nur 18 Stunden. Wir haben nichts Vergleichbares in unserem eigenen Sonnensystem, wo die der Sonne am nächsten gelegenen Planeten felsig sind und viel weiter umkreisen. Die Fragen zu heißen Jupitern sind so groß wie die Planeten selbst: Bilden sie sich nahe an ihren Sternen oder weiter entfernt, bevor sie nach innen wandern? Und wenn diese Riesen zu tun wandern, was würde die zeigen , über die Geschichte der Planeten in unserem eigenen Sonnensystem?

Um diese Fragen zu beantworten, müssen Wissenschaftler viele dieser heißen Riesen sehr früh in ihrer Ausbildung beobachten. Eine neue Studie im Astronomical Journal berichtet nun über den Nachweis des Exoplaneten HIP 67522 b, der der jüngste heiße Jupiter zu sein scheint, der jemals gefunden wurde. Es umkreist einen gut untersuchten Stern, der ungefähr 17 Millionen Jahre alt ist, was bedeutet, dass der heiße Jupiter wahrscheinlich nur einige Millionen Jahre jünger ist, während die meisten bekannten heißen Jupiter mehr als eine Milliarde Jahre alt sind. Der Planet braucht ungefähr sieben Tage, um seinen Stern zu umkreisen, dessen Masse der der Sonne ähnelt. HIP 67522 b liegt nur etwa 490 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist etwa zehnmal so groß wie der Durchmesser der Erde oder nahe an dem des Jupiter. Seine Größe weist stark darauf hin, dass es sich um einen gasdominierten Planeten handelt.

HIP 67522 b wurde vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA , der Planeten mithilfe der Transitmethode erkennt, als Planetenkandidat identifiziert : Wissenschaftler suchen nach kleinen Einbrüchen in der Helligkeit eines Sterns, was darauf hinweist, dass ein umlaufender Planet zwischen dem Beobachter und der Stern. Aber junge Sterne neigen dazu, viele dunkle Flecken auf ihren Oberflächen zu haben – Sternflecken, auch Sonnenflecken genannt, wenn sie auf der Sonne erscheinen -, die ähnlich aussehen können wie Transitplaneten. Daher verwendeten Wissenschaftler Daten aus dem kürzlich stillgelegten Infrarotobservatorium der NASA, dem Spitzer-Weltraumteleskop, um zu bestätigen, dass das Transitsignal von einem Planeten und nicht von einem Sternfleck stammt. (Andere Methoden zum Nachweis von Exoplaneten haben Hinweise auf das Vorhandensein noch jüngerer heißer Jupiter geliefert, aber keine wurden bestätigt.)

Die Entdeckung bietet Hoffnung, mehr junge heiße Jupiter zu finden und mehr darüber zu erfahren, wie sich Planeten im gesamten Universum bilden – sogar hier zu Hause.

“Wir können viel über unser Sonnensystem und seine Geschichte lernen, indem wir die Planeten und andere Dinge untersuchen, die die Sonne umkreisen”, sagte Aaron Rizzuto, ein Exoplanetenwissenschaftler an der Universität von Texas in Austin, der die Studie leitete. „Aber wir werden nie erfahren, wie einzigartig oder wie häufig unser Sonnensystem ist, wenn wir nicht draußen nach Exoplaneten suchen. Exoplanetenwissenschaftler finden heraus, wie unser Sonnensystem in das Gesamtbild der Planetenbildung im Universum passt. “

Riesen migrieren?

Es gibt drei Haupthypothesen dafür, wie heiß Jupiter ihren Elternsternen so nahe kommen. Eine ist, dass sie sich einfach dort bilden und dort bleiben. Aber es ist schwer vorstellbar, dass sich Planeten in einer so intensiven Umgebung bilden. Die sengende Hitze würde nicht nur die meisten Materialien verdampfen lassen, sondern junge Sterne brechen häufig mit massiven Explosionen und Sternwinden aus und zerstreuen möglicherweise neu entstehende Planeten.

Es ist wahrscheinlicher, dass sich Gasriesen weiter von ihrem Mutterstern entfernt entwickeln, hinter einer Grenze, die als Schneegrenze bezeichnet wird und an der sich Eis und andere feste Materialien bilden können. Jupiter-ähnliche Planeten bestehen fast ausschließlich aus Gas, enthalten jedoch feste Kerne. Es wäre für diese Kerne einfacher, sich hinter der Schneegrenze zu bilden, wo gefrorene Materialien wie ein wachsender Schneeball aneinander haften könnten.

Die beiden anderen Hypothesen gehen davon aus, dass dies der Fall ist und dass heiße Jupiter dann näher an ihre Sterne heranwandern. Aber was wäre die Ursache und der Zeitpunkt der Migration?

Eine Idee besagt, dass heiße Jupiter ihre Reise früh in der Geschichte des Planetensystems beginnen, während der Stern noch von der Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist, aus der sich sowohl er als auch der Planet gebildet haben. In diesem Szenario könnte die Schwerkraft der Scheibe, die mit der Masse des Planeten interagiert, die Umlaufbahn des Gasriesen unterbrechen und ihn nach innen wandern lassen.

Die dritte Hypothese besagt, dass heiße Jupiter später ihrem Stern nahe kommen, wenn die Schwerkraft anderer Planeten um den Stern die Migration antreiben kann. Die Tatsache, dass HIP 67522 b bereits so früh nach seiner Bildung so nah an seinem Stern ist, zeigt, dass diese dritte Hypothese in diesem Fall wahrscheinlich nicht zutrifft. Aber ein junger heißer Jupiter reicht nicht aus, um die Debatte darüber zu regeln, wie sie sich alle bilden.

“Wissenschaftler würden gerne wissen, ob es einen dominanten Mechanismus gibt, der die meisten heißen Jupiter bildet”, sagte Yasuhiro Hasegawa, ein Astrophysiker, der sich auf die Planetenbildung am Jet Propulsion Laboratory der NASA spezialisiert hat und nicht an der Studie beteiligt war. „In der Gemeinde gibt es derzeit keinen klaren Konsens darüber, welche Bildungshypothese für die Reproduktion der von uns beobachteten Population am wichtigsten ist. Die Entdeckung dieses jungen heißen Jupiters ist aufregend, aber nur ein Hinweis auf die Antwort. Um das Rätsel zu lösen, brauchen wir mehr. “

TESS ist eine NASA Astrophysics Explorer-Mission, die vom MIT in Cambridge, Massachusetts, geleitet und betrieben wird und vom Goddard Space Flight Center der NASA verwaltet wird. Weitere Partner sind Northrop Grumman mit Sitz in Falls Church, Virginia; Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley; das Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts; Lincoln Laboratory des MIT; und das Space Telescope Science Institute in Baltimore. Mehr als ein Dutzend Universitäten, Forschungsinstitute und Observatorien weltweit nehmen an der Mission teil.

Das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA wurde am 30. Januar 2020 aus dem Verkehr gezogen. Wissenschaftliche Daten werden weiterhin von der Wissenschaftsgemeinschaft über das Spitzer-Datenarchiv analysiert, das sich im Infrarot-Wissenschaftsarchiv befindet, das sich am IPAC in Caltech in Pasadena, Kalifornien, befindet. JPL leitete die Spitzer-Missionsoperationen für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Wissenschaftliche Operationen wurden im Spitzer Science Center am IPAC in Caltech durchgeführt. Der Betrieb von Raumfahrzeugen fand im Lockheed Martin Space in Littleton, Colorado, statt. Caltech verwaltet JPL für die NASA.

Referenz: „TESS Jagd nach jungen und reifenden Exoplaneten (THYME). II. A 17 Myr Old Transiting Hot Jupiter in der Sco-Cen Association “von Aaron C. Rizzuto, Elisabeth R. Newton, Andrew W. Mann, Benjamin M. Tofflemire, Andrew Vanderburg, Adam L. Kraus, Mackenna L. Wood, Samuel N. Quinn, George Zhou, Pa Chia Thao, Nicholas M. Law, Carl Ziegler und César Briceño, 22. Juni 2020, Astronomical Journal .
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / ab94b7

Rizzuto ist ein 51 Pegasi b Fellow, der von der Heising-Simons Foundation finanziert wird.