Astronomen haben die Entdeckung einer ungewöhnlichen Exoplaneten GJ 523b gemeldet, die bei einer Größe von nur 2,5-mal der Erde eine Masse von etwa 23,5 Erdmassen aufweist. Diese hohe Masse bei einem relativ bescheidenen Radius deutet darauf hin, dass die Welt überwiegend aus schweren stein- und metallischen Materialien besteht und nur eine geringe Gasatmosphäre besitzt. Dies widerspricht den gängigen Vorstellungen davon, wie Planeten dieser Masse gebildet werden sollten, und macht den Objekt zu einem der rätselhaftesten unter den jüngsten Entdeckungen.

Was ist eine „Mega-Erde“ und welche Parameter hat GJ 523b

GJ 523b wird zu den sogenannten „Mega-Erden“ gezählt – einer inoffiziellen Klasse extrem massereicher Planeten mit überwiegend steiniger Zusammensetzung. Der Radius des entdeckten Welts übersteigt den der Erde um etwa das 2,55-Fache, und seine mittlere Dichte wird auf rund 7,74 g/cm³ geschätzt. Zum Vergleich: Die mittlere Dichte der Erde beträgt etwa 5,51 g/cm³. Dieser Unterschied bedeutet, dass im Inneren von GJ 523b deutlich mehr schwere Elemente konzentriert sind als in unserer Welt, und dass eine voluminöse Wasserstoff-Helium-Atmosphäre bei ihr offenbar fehlt oder äußerst gering ist.

Wie wurde der Planet gefunden und seine Masse gemessen

Zunächst wurde das Objekt vom Weltraumteleskop TESS der NASA identifiziert, anschließend führten Wissenschaftler Präzisionsbeobachtungen mit dem 3,5-Meter-Teleskop WIYN des Nationalen Kitt-Peak-Observatoriums in Arizona durch. Spektrale Messungen ermöglichten es zu bestimmen, wie stark GJ 523b seinen Stern gravitativ „wackeln“ lässt, und anhand dieser Daten wurde die Masse des Planeten berechnet. Eine volle Umrundung des Sterns vollzieht das Objekt in nur 17,75 Tagen, und das Alter des gesamten Systems wird auf etwa 170 Millionen Jahre geschätzt – was es nach astronomischen Maßstäben relativ „jung“ macht.

Warum die Entdeckung den Modellen der Planetenentstehung widerspricht

Gerade die Kombination aus Jugend und enormer Masse macht GJ 523b besonders interessant. Gemäß den Standardmodellen beginnt der stein- und metallische Kern mit zunehmendem Wachstum, aktiv Wasserstoff und Helium aus dem protoplanetaren Disk zu ziehen, der den jungen Stern umgab. Bei Erreichen einer bestimmten Massenschwelle kann dieser Prozess sich abrupt beschleunigen und zur Bildung eines Gasriesen führen – genau so, wie man annimmt, dass in unserem Sonnensystem Jupiter und Saturn entstanden sind. Doch GJ 523b hat bereits eine Masse von etwa 23 Erdmassen erreicht und ist dennoch nicht zu einem gasreichen Planeten geworden. Die hohe Dichte des Objekts weist direkt auf das Fehlen einer nennenswerten Wasserstoff-Helium-Hülle hin, und nun müssen die Astronomen erklären, wie dieser so massereiche Welts seine überwiegend schwere Zusammensetzung beibehalten konnte.

Mögliche Erklärungen für die Anomalie

Zu den diskutierten Szenarien gehört der Verlust einer ursprünglich vorhandenen Atmosphäre: Der Planet könnte mit einer Gashülle entstanden sein, diese aber infolge äußerer Einflüsse verloren haben. Ein alternatives Szenario geht davon aus, dass GJ 523b infolge einer Kollision zweier großer Planeten entstanden sein könnte, bei der ihre steinigen Kerne verschmolzen und ein erheblicher Teil der Gashüllen ins All geschleudert wurde. Beide Varianten bedürfen weiterer Überprüfung, und die Wissenschaftler hoffen auf die Entdeckung weiterer solcher Objekte: Einige Dutzend extrem dichte „Mega-Erden“ würden es ermöglichen zu verstehen, ob es sich um seltene Anomalien handelt oder um einen eigenen, weit verbreiteten Szenario der Planetenentwicklung.

Widersprüchliche Daten

Wesentliche Abweichungen in den Schlüsselparametern zwischen den Quellen gibt es nicht, jedoch finden sich in den Veröffentlichungen geringfügige Unterschiede bei der Rundung der Zahlen. So wird die Masse des Planeten teils als „etwa 23 Erdmassen“, teils als „23,5 Erdmassen“ angegeben, und der Radius als „2,5-mal“ oder „2,55-mal“ größer als der der Erde. Diese Abweichungen hängen mit unterschiedlichen Genauigkeitsgraden und Rundungen in einzelnen Berichten zusammen, ändern aber nichts am Gesamtbild: Es geht um ein und dasselbe extrem dichte Objekt, dessen anomale Masse bei bescheidenem Ausmaß das Hauptinteresse der Wissenschaft bleibt.

Was kommt als Nächstes

Die Astronomen planen, die Suche nach ähnlichen extrem dichten Exoplaneten fortzusetzen, um statistisch zu bewerten, wie typisch das Szenario einer „Mega-Erde“ ist, die nicht zu einem Gasriesen geworden ist. Jede neue solche Entdeckung wird den Kreis möglicher Erklärungen eingrenzen und helfen, die Modelle der Bildung planetarer Systeme zu verfeinern, in denen sich herausgestellt hat, dass nicht alles den gewohnten Szenarien des Kernwachstums und der Gasakkretion folgt.