Super-Puffs: Wissenschaftler finden Gasriesen, die leichter als Zuckerwatte sind

In der Astronomie wurde eine Entdeckung gemacht, die die gängigen Vorstellungen über den Aufbau von Planeten infrage stellt. Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Forschern der Universität Oxford hat ein einzigartiges Planetensystem entdeckt, in dem Riesen mit einer Dichte rotieren, die mit einem Rasierschaum-Wolke vergleichbar ist. Die Ergebnisse der Studie wurden in der renommierten Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die neuen Welten, die die Bezeichnungen TOI-791b und TOI-791c erhielten, befinden sich im Sternbild Fische (Volans) in einer Entfernung von etwa 1110 Lichtjahren von der Erde. Obwohl sie in ihrer Größe mit Jupiter vergleichbar sind, unterscheidet sich ihre physikalische Struktur grundlegend vom Gasriesen unseres Sonnensystems.

Die Physik der „schwerelosen“ Riesen

Hauptmerkmal dieser Objekte ist ihre extrem niedrige Dichte. Zum Vergleich: Die Dichte der uns vertrauten Zuckerwatte beträgt etwa 0,05 g/cm³. Die entdeckten Planeten sind noch leichter: TOI-791b hat eine Dichte von 0,038 g/cm³ und TOI-791c von 0,047 g/cm³. Der leitende Autor der Studie, George Dransfield, verglich ihre Struktur mit einem Stück frischem Rasierschaum.

In Zahlen ausgedrückt ist dies noch beeindruckender: Jupiter ist 28 bis 35-mal dichter als diese Objekte. Dabei liegt die Masse der „Super-Puffs“ (so nennen Wissenschaftler diese Klasse von Objekten) näher an der Masse des Neptuns, aber ihre Atmosphären sind auf unglaubliche Ausmaße aufgebläht. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Planeten hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen.

Derartige Welten sind extrem selten. Unter den fast 6300 bestätigten Exoplaneten im Katalog der NASA gehören weniger als 40 Objekte zur Klasse der „Super-Puffs“. Zwei solche Planeten in einem einzigen System zu finden, ist ein einzigartiger wissenschaftlicher Glücksfall, der einen Vergleich ihrer Eigenschaften ermöglicht.

Wie wiegt man eine Wolke?

Die Bestimmung der Masse dieser so „luftigen“ Objekte wurde durch eine einzigartige Kombination von kosmischen Faktoren und bodengebundenen Technologien möglich. Die Planeten sind in einem orbitalen Resonanzverhältnis von 5:3 gefangen. Während der innere Planet fünf Umläufe um den Stern absolviert, schafft der äußere Planet genau drei.

Aufgrund ihrer engen Nachbarschaft stoßen sie sich gegenseitig ständig gravitativ an, was zu Mikroverzögerungen im Zeitplan ihres Vorbeizugs (Transits) vor dem Stern führt. Durch die Analyse dieser Verschiebungen konnten die Astronomen die genaue Masse der Planeten berechnen.

Auch der Beobachtungsort spielte eine wichtige Rolle. Aufgrund der riesigen Atmosphären dauern die Transits der Planeten anomal lange – mehr als 11 Stunden. Nur mit Hilfe des Teleskops ASTEP, das sich auf der Forschungsstation Concordia in der Antarktis befindet, gelang es, diese kontinuierlich zu erfassen. Die Polarnacht bot den Wissenschaftlern die für die Gewinnung präziser Daten notwendigen Monate ununterbrochener Dunkelheit.

Das größte Rätsel des Überlebens

Die Entdeckung wirft eine komplexe Frage vor die Wissenschaft. Nach der vorherrschenden Theorie bildeten sich diese Planeten an den fernen und kalten Rändern ihres Sternsystems, wo leichte Gase sich um kleine feste Kerne ablagerten. Später wanderten sie näher an ihren Stern heran.

Das größte Rätsel besteht darin, warum die Wärme des Sterns diese leichten, kaum durch die Schwerkraft gehaltenen Atmosphären bisher nicht verbrannt und in den Weltraum verweht hat. Um zu verstehen, wie solche „schwerelosen“ Riesen entstehen und überleben konnten, planen Wissenschaftler, ihre Atmosphären mit Hilfe des Weltraumteleskops „James Webb“ detailliert zu untersuchen.