Der Exoplanet TOI-5205b befindet sich außerhalb unseres Sonnensystems und umkreist einen wesentlich kleineren Stern in 280 Lichtjahren Entfernung. Doch eine neue Studie zur Planetenentstehung schimpft den Fund als „verboten“. Denn diese Konstellation sollte so eigentlich garnicht zustande kommen.
Exoplanet sorgt für Rätsel in der Forschung
TOI-5205b untersuchte das Forschungsteam um den Astronomen Shubham Kanodia durch den Habitable Zone Planet Finder oder kurz HPF. Hierbei handelt es sich um einen Spektrographen, an dem unter anderem das National Institute of Standards and Technology (NIST) aktuell noch tüftelt und bastelt. Nach Fertigstellung soll das Instrument am Hobby-Eberly Teleskop installiert werden, welches sich im McDonald Observatorium in Texas befindet.
Erstmalig aufgespürt wurde besagter Exoplanet jedoch von dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA. TESS sucht circa alle zwei Jahre den Nachthimmel ab und hat dabei schon ähnliche Exemplare zu TOI-5205b entdeckt. Alle haben eins gemein: Sie umkreisen in ihren Gefilden einen sogenannten Roten Zwerg.
Hierbei handelt es sich um die kleinsten Sterne im Universum. Sie machen gemeinsam ein Viertel aller Sterne im Weltall aus. Trotz dieser Häufigkeit ist es bisherigen Erkenntnissen zufolge untypisch, dass ein Riese wie der Exoplanet TOI-5205b eine derartig kleine Sonne umkreist. Doch TESS- und HPF-Daten zufolge entdeckt man immer mehr von ihnen.
Stern nicht einmal halb so groß wie die Sonne
Im Falle von TOI-5205b misst der Stern nicht einmal 40 Prozent der Größe unserer Sonne. Dabei ist der dazugehörige Exoplanet circa sechs Mal größer als die Erde. Außerdem fusioniert der Rote Zwerg nicht annähernd so heiß wie unsere Sonne, sondern kommt gerade Mal auf 3.400 Kelvin (im Vergleich zu 5.800 K).
Damit wird das kleine System zu einem besonderen Fund für die Forschenden. Andere Exoplaneten und ihre Begleitsterne, die TESS oder das HPF entdeckt und verfolgt haben, gleichen sich Maßstäben unseres Sonnensystems immerhin an.
Doch bei diesem Exoplaneten kommen Kanodia und Kolleg*innen zu einem ganz anderen Schluss: „Das Verhältnis der Masse des Planeten zu der des Sterns beträgt etwa 0,3 %“, erklären sie in einem entsprechenden Artikel.
Deshalb sollte der Fund „verboten“ sein
Doch das ist noch nicht in Gänze der Grund, warum die Forschenden den Fund als eigentlich „verboten“ einstufen. Bei derartig großen Exoplaneten beziehungsweise Gasriesen außerhalb unseres Sonnensystems muss genügend Material vorhanden gewesen sein, dass diese zuerst einen massiven Kern aus schweren Elementen bilden können.
Im Anschluss kommt es dann zu einer Phase der Gasakkretion, die den Exoplaneten in seinen gasförmige Hülle geleitet. Durch diesen Prozess kam auch unser Jupiter zu seiner enormen Größe.
Allerdings zeigen vorangegangene Forschungsarbeiten, dass ein Stern mit niedriger Masse kaum die passenden Voraussetzungen bietet, dass der Exoplanet TOI-5205b überhaupt diesen massiven Kern bilden konnte. Im weiteren Verlauf ist es ebenfalls herausfordernd, dass in der Umgebung genug Material bereitgestellt wird, damit der Planet die riesige Gashülle bilden kann.
Unerklärliche Differenzen in Masse & Geschichte
Jedoch gibt es für dieses Phänomen eine Lösung, die in Fachkreisen unter dem Begriff der Gravitationsinstabilität beschrieben wird. Hier geht man davon aus, dass die Exoplaneten „selbstgravitative Staub- und Gasklumpen weit entfernt von ihrem Wirtsstern“ entwickeln und so binnen weniger tausend Jahre zu ihrer enormen Größe heranwachsen.
Folgt man dieser Annahme lassen sich mithilfe moderner Analysemethoden auch Voraussagen treffen, wie viele Erdmassen schwerer Elemente ein Exoplanet wie TOI-5205b in sich tragen sollte. Im beobachteten Fall sind es ganze 60 Erdmassen schwerer Elemente. Allerdings lassen sich diese Daten, die auf Wissen zur generellen Planetenentstehung zurückgreifen, nicht mit der Realität in Einklang bringen.
Stattdessen weicht das Exemplar um den Faktor 5 von den Voraussagen ab. Nichtsdestotrotz steht durch Daten von TESS und HPF fest, dass der Exoplanet existiert. Aber wie das überhaupt sein kann, bleibt vorerst ein Rätsel.
Quelle: HPF
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