Astronomen sind verwirrt über die Existenz massiver Gasriesen, die entfernte Sterne umkreisen, Planeten, die so groß und weitreichend sind, dass sie sich konventionellen Erklärungen für die Entstehung von Planeten entziehen. Neue Forschungen, die Daten des James Webb Space Telescope (JWST) verwenden, haben sich auf drei solcher „Super-Jupiter“ konzentriert, die 130 Lichtjahre entfernt sind, und enthüllten atmosphärische Zusammensetzungen, die vorherrschende Theorien in Frage stellen.
Das Rätsel der fernen Riesen
Die betreffenden Planeten umkreisen HR 8799, einen Stern im Sternbild Pegasus, und haben die fünf- bis zehnfache Masse des Jupiter. Ihre Umlaufbahnen sind außerdem außergewöhnlich weit und umfassen 15 bis 70 Astronomische Einheiten (AE), was bedeutet, dass sie 15 bis 70 Mal weiter von ihrem Stern entfernt sind als die Erde von der Sonne.
Das Standardmodell der Entstehung von Gasriesen, die Kernakkretion, geht davon aus, dass Planeten aus festen Klumpen in einer protoplanetaren Scheibe wachsen und dabei nach und nach Gas ansammeln. Bei so großen Entfernungen dürfte dieser Prozess zu langsam sein: Scheiben lösen sich auf, bevor diese Welten genügend Masse ansammeln können. Ein alternativer Gravitationskollaps (wie die Entstehung Brauner Zwerge) würde andere Bedingungen erfordern.
JWST enthüllt Schwefelsignaturen
Um zwischen diesen Szenarien zu unterscheiden, analysierte das Forschungsteam die Atmosphären der drei innersten Planeten von HR 8799 und suchte nach Schwefel – einem Element, das während der Planetenentstehung in festen Körnern eingeschlossen ist. Der Nachweis von Schwefel würde auf die Ansammlung von Feststoffen hinweisen.
Die hohe Empfindlichkeit des JWST ermöglichte es den Forschern, schwache Planetensignale aus der Blendung des Sterns zu isolieren und so starke Hinweise auf Schwefelwasserstoff auf den Planeten HR 8799 c und d zu finden, mit ähnlicher Schwefelanreicherung auf allen drei. Dies deutet darauf hin, dass die Planeten wie Jupiter entstanden sind, obwohl sie deutlich massereicher sind.
Unerwartete Effizienz
Die Entdeckung ist überraschend, da die Planeten im Vergleich zu ihrem Stern einen hohen Anteil schwerer Elemente (Kohlenstoff, Sauerstoff und Schwefel) aufweisen, was auf einen ungewöhnlich effizienten Einbau fester Materie schließen lässt.
„So effizient sollte die Planetenentstehung auf keinen Fall sein“, erläutert der Astronom Michael Meyer das Rätsel. Die Daten deuten darauf hin, dass sich diese Planeten schnell bildeten und die Erwartungen für entfernte, kalte Umgebungen übertrafen.
Implikationen und zukünftige Forschung
Die Ergebnisse werfen Fragen über die Grenzen der Kernakkretion auf und ob der Gravitationskollaps eine größere Rolle bei der Entstehung massiver, entfernter Gasriesen spielen könnte als bisher angenommen. Weitere Untersuchungen anderer Systeme sind erforderlich, um festzustellen, ob HR 8799 eine Anomalie oder ein häufiges Phänomen darstellt.
„Es ist ein Rätsel. Wir bleiben hier wirklich vor einem Rätsel“, schließt Meyer und betont die Notwendigkeit weiterer Forschung, um die Entstehung dieser kolossalen Exoplaneten aufzuklären.
