Theorie: Darum kommen Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems selten vor

Künstlerische Darstellung des vermutlich von Ozeanen bedeckten Exoplaneten Kepler-69c.Quelle: NASA/Ames/JPL-Caltech (idw)

Es ist schon eine Herausforderung für unser bisheriges Verständnis dessen, wie Planeten entstehen: Astronomen von der McGill University in Montreal haben in einem Modellversuch eine Erklärung dafür gefunden, warum mittelgroße Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems selten vorkommen. Dies berichtet das russische online Magazin „SNA News“ .

Weiter heißt es diesbezüglich auf deren deutschen Webseite: "Es klafft eine Lücke bei den Exoplaneten. Entweder sie sind felsig und haben im Vergleich zu unserer Erde einen bis zu 1,7-Mal-größeren Radius (die Wissenschaft spricht von Erden bzw. Super-Erden). Oder es sind Planeten mit einer dicken Gasschicht von einem, verglichen mit der Erde, doppelt so großem Halbmesser (die Forscher nennen sie Mini-Neptune). Zwischen diesen zwei Arten und Größenordnungen (Populationen) sind die Exoplaneten im Weltall aufgeteilt – fast ohne Mittelmaß. Warum?

Eine Theorie besagt, dass die meisten Exoplaneten zwar als Mini-Neptune entstehen, aber anschließend ihre Gashülle infolge der intensiven Strahlung ihrer Wirtssterne verlieren und somit eine Super-Erde mit felsigem Kern hinterlassen. Dieser Theorie nach müssten die meisten Mini-Neptune eine Kernmasse aufweisen, welche die der Erde um das Vier- bis Achtfache übertrifft. Neue Beobachtungen von Exoplaneten zeigen jedoch, dass dies wohl nicht der Fall ist.

Kerne können nicht genug Gas aggregieren

Deshalb haben Sternphysiker von der McGill University eine gasarme Nebelumgebung modelliert, um die Entstehung der Gashülle eines Planeten nachzuverfolgen. Die Ergebnisse ihrer Simulation haben die kanadischen Wissenschaftler im Fachblatt „The Astrophysical Journal“ veröffentlicht.

Demnach nutzten die Forscher in diesem Modellversuch thermodynamische Berechnungen – basierend unter anderem auf der Kernmasse des Exoplaneten, auf dessen Entfernung zum Wirtsstern und auf der Temperatur der gasförmigen Umgebung.

Laut dem Artikel fanden die Astronomen heraus, dass Kerne mit der einfachen bis doppelten Masse unseres Planeten nicht genug Gas aggregieren können, um auf die Größe eines Mini-Neptuns anzuwachsen.

„Entgegen den bisherigen Theorien zeigt unsere Studie, dass einige Exoplaneten nie imstande sind, Gashüllen aufzubauen“

Diese Entdeckung lasse vermuten, dass nicht alle Super-Erden Überbleibsel von Mini-Neptunen seien. Vielmehr seien die Exoplaneten durch Felsverteilung innerhalb eines Gas- und Staubrings entstanden, der um den Wirtsstern rotiere. „Einige der Felsbrocken konnten Gashüllen aufbauen, während andere als felsige Super-Erden entstanden und diese auch blieben“, erklärt die Sternphysikerin.

Also schlussfolgern die Wissenschaftler, dass nicht das Verdampfen der Gashülle die extremen Größenunterschiede zwischen den Populationen der Exoplaneten verursacht, sondern gerade der Übergang vom felsigen Planeten zum Mini-Neptun infolge der Gasaggregation. Dabei verschiebt sich diese Differenz laut den Wissenschaftlern zugunsten der Planeten mit kleinerem Radius, die sich in maximaler Entfernung zum Wirtsstern befinden. Dies erkläre auch die neuen Beobachtungen der Exoplaneten.

Die Entdeckung trage zu der Erklärung bei, wie es zu der Trennung zwischen den zwei Populationen der Exoplaneten gekommen sei, sagt Lee. „Wenn wir die Theorie aus der Studie nutzen, können wir möglicherweise endlich erkennen, wie häufig Exoplaneten wie Erden und Super-Erden vorkommen.“"

Quelle: SNA News (Deutschland)