Rtselhafter Gasriese um HD 114082

Der rätselhafte Gasriese um HD 114082
redaktionell
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
30. November 2022

Astronomen haben einen riesigen Planeten um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt. Mit nur 15 Millionen Jahren ist Super-Jupiter der jüngste Exoplanet seiner Art mit einem bestimmten Radius und einer bestimmten Masse. Beide Größen sind jedoch schwer mit allgemein akzeptierten Modellen der Planetenentstehung in Einklang zu bringen.

HD 114082 b

Die Darstellung dieses Künstlers zeigt einen Gasriesen-Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der junge Exoplanet HD 114082 b umkreist seinen sonnenähnlichen Stern in einem Abstand von 0,5 AE alle 110 Tage.
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NASA/JPL-Caltech
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Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 Prozent Gasriesen mit mindestens der Masse des Jupiter sind. Jetzt hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und der Hauptsternwarte der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine in Kiew einen Exoplaneten namens HD 114082 b mit mehreren Eigenschaften entdeckt. die Wissenschaftler zum Nachdenken anregen.

Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, hat aber die achtfache Masse von Jupiter. „Im Vergleich zu derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen, der nur 15 Millionen Jahre alt ist“, sagt Zakhozhay. Die durchschnittliche Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was wirklich bemerkenswert ist. Schließlich ist die Erde ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern und besteht nicht aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten Elementen des Universums, aus denen Jupiter fast ausschließlich besteht.

„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer bestimmten Masse und einem bestimmten Radius“, sagte Zakhozhay. Also verspricht er, Astronomie allgemein über die Entstehung von Gasriesen zu unterrichten. „Wir glauben, dass Riesenplaneten auf zwei Arten entstehen können“, erklärt Ralf Launhardt vom MPIA. „Beide kommen in einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub vor, die sich um den jungen Wirtsstern ausbreitet.“ Beim ersten Prozess, der „Kernakkretion“ genannt wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus felsigem Material an. Wenn es eine kritische Masse erreicht, zieht seine Anziehungskraft das umgebende Gas an, was zur schnellen Ansammlung von Wasserstoff und Helium führt und einen riesigen Planeten schafft. In einem anderen Prozess, der als „Scheibeninstabilität“ bezeichnet wird, kollabieren gravitativ instabile Bündel aus dichtem Gas direkt in einen riesigen Planeten ohne felsigen Kern.


Abhängig von den Annahmen für diese beiden Szenarien sollte das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur der jungen Gasriesenplaneten bestimmt. So können neue Planeten einen „Kaltstart“ oder einen „Heißstart“ erleben, was zu spürbaren Unterschieden führt, die diese Modelle besonders in jungen Jahren unterscheiden können.

Derzeit bevorzugen viele Astronomen das Hot-Start-Szenario der Kernakkretion für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da das heiße Gas ein größeres Volumen einnimmt als das kalte Gas, sollte es merkliche Unterschiede in der Größe der beobachteten Planeten geben. Dieser Größenunterschied ist bei jungen Planeten ausgeprägter. In den ersten hundert Millionen Jahren nach der Entstehung wird dieser Effekt jedoch durch Abkühlung verringert. HD 114082 b widerspricht auf den ersten Blick den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht ins Bild eines Heißstarts. Stattdessen entspricht es eher einem Kaltstartszenario.

Interessanterweise zeigen einige etwas ältere Kandidaten aus anderen Studien das gleiche Verhalten. „Es ist noch zu früh, die Idee eines heißen Starts aufzugeben“, erklärt Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten immer noch nicht sehr gut verstehen.“ Es ist klar, dass der HD 114082 b im Vergleich zu aktuellen Modellen zu klein für seine Masse ist. Entweder hat es einen ungewöhnlich großen festen Kern, oder die Modelle liegen falsch und unterschätzen die Abkühlungsgeschwindigkeit dieser Gasriesen, oder beides.

Die Entdeckung von HD 114082 b ist das Ergebnis des umfangreichen Beobachtungsprogramms RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets around Young Stars). Es umfasst derzeit 775 Stunden Beobachtungen mit dem vom MPIA betriebenen 2,2-m-ESO/MPG-Teleskop am Standort La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile über einen Zeitraum von 4,5 Jahren. RVSPY ist ein gutes Beispiel für astronomische Hochdurchsatz-Durchmusterungen, die über lange Zeiträume an Teleskopen mit festem Zugang durchgeführt werden. Solche Studien wären mit den neuesten Teleskopen kaum möglich, da die Beobachtungszeit pro Projekt aufgrund der hohen Nachfrage sehr begrenzt ist.

RVSPY zielt darauf ab, die Anzahl und Verteilung von (heißen, warmen und kalten) Riesenplaneten um junge Sterne aufzudecken. Dazu nehmen Astronomen eine Zeitreihe der Spektren von 111 jungen Sternen auf, das heißt, sie zerlegen das Sternenlicht in seine primären Farbkomponenten, ähnlich wie wir es in einem Regenbogen sehen. Kleine periodische Verschiebungen in Sternspektren können auf Oszillationen des beobachteten Sterns hinweisen, die durch die Anziehungskraft eines umlaufenden Planeten verursacht werden. Im Allgemeinen können stellare Aktivitäten wie Pulsationen oder Zellen die Messungen beeinflussen, insbesondere bei jungen Sternen wie HD 114082. Die Qualität der RVSPY-Daten ist jedoch gut genug, um ein Signal eines wackeligen Sterns eindeutig zu erkennen. Das Team schloss auch ältere Archivdaten von anderen Teleskopen ein, um die Abdeckung in die Vergangenheit zu erweitern.

Obwohl Astronomen diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode verwenden, um auf die Masse und Umlaufzeit eines Planeten um seinen Mutterstern zu schließen, müssen sie eine andere Methode verwenden, um seine Größe zu bestimmen: die Transitmethode. Es beobachtet die periodische Lichtfinsternis eines Sterns durch einen Planeten, der vor dem Stern vorbeizieht. „Die Konfiguration der fast seitlichen Umlaufbahn des Planeten haben wir bereits vermutet, seit vor einigen Jahren ein Staubring um HD 114082 entdeckt wurde“, sagt Zakhozhay. „Trotzdem hatten wir das Glück, in den TESS-Daten eine Beobachtung mit einer beeindruckenden Transitlichtkurve zu finden, was unsere Analyse verbessert hat.“

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ist ein NASA-Raumschiff, das nach Exoplaneten in der Nähe von Sternen in relativer Nähe zur Erde sucht. Durch die Kombination dieser Messungen fanden Zakhozhay und seine Kollegen heraus, dass HD 114082 b seinen sonnenähnlichen Mutterstern alle 110 Tage in einer Entfernung von etwa 0,5 AE umkreist. Eine astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung zwischen Sonne und Erde. Es ähnelt also der Umlaufbahn des Merkur um unsere Sonne.

HD 114082 b ist einer von nur drei jungen Riesenplaneten mit einem Alter von bis zu 30 Millionen Jahren und bekannter Masse und Größe. Und alle widersprechen wahrscheinlich den am häufigsten akzeptierten Hot-Start-Modellen. Obwohl Astronomen eine kleine Anzahl von Statistiken für die drei Planeten verwenden, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten Ausreißer sind. „Obwohl mehr solcher Planeten benötigt werden, um diesen Trend zu bestätigen, glauben wir, dass Theoretiker ihre Berechnungen überdenken sollten“, sagte Zakhozhay. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungen zur Theorie der Planetenentstehung beitragen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese riesigen Planeten entstehen, und zeigen uns, wo es Lücken in unserem Verständnis gibt.“

Das Team beschreibt die Beobachtungen von HD 114082 b in einer wissenschaftlichen Arbeit, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Astronomie und Astrophysik ist aufgetaucht.

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Distant Worlds – die Berichterstattung von astronews.com über die Suche nach extrasolaren Planeten

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