Bilden sich heiße Jupiter näher oder wandern sie? Ein neu entdeckter Planet könnte bei der Beantwortung dieser Frage helfen

Die Entdeckung von über 4000 Planeten ( 4.171 bestätigt und Zählen!) jenseits unseres Sonnensystems hat die Astronomie revolutioniert. Leider ist einer der Nachteile all dieser Entdeckungen, wie sie die Theorien über die Entstehung unseres Sonnensystems erschüttert haben. In der Vergangenheit dachten Astronomen, dass die acht Planeten (oder neun , oder über hundert , je nach Standpunkt) dort gebildet, wo sie sich gerade befinden.

Die Entdeckung von Gasriesen, die in der Nähe ihrer Sterne (auch bekannt als „Hot Jupiters“) kreisen, hat dieses Denken jedoch durcheinander gebracht. Aber laut einem aktuellen Von der NASA unterstützte Studie , könnte die jüngste Entdeckung eines jungen Gasriesen Hinweise darauf geben, wie Jupiter-ähnliche Planeten entstehen und ob sie wandern oder nicht. Diese Entdeckung wurde ermöglicht durch die Spitzer Weltraumteleskop , die auch im Ruhestand weiterhin Dinge über unser Universum enthüllt.

Die kürzlich erschienene Studie in Das astronomische Journal, wurde von Aaron C. Rizzuto geleitet – einem Postdoc an der University of Texas at Austin (UTA) und einem 51 Pegasi b Fellow. Er wurde von Forschern der Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), die Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics , und der Cerro Tololo Interamerikanisches Observatorium , und mehrere Universitäten.

Animation mit einem „heißen Jupiter“. Mehr dieser jungen Planeten zu finden könnte Astronomen helfen zu verstehen, wie sie entstanden sind und ob sie wandern. Credits: NASA/JPL-Caltech

Für ihre Studie hat das Team einen Blick auf HIP 67522 b , ein Exoplanet, der Anfang dieses Jahres von der NASA entdeckt wurde Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Dieser Exoplanet hat etwa den 10-fachen Durchmesser der Erde (ungefähr gleich wie Jupiter) und ist seinem Mutterstern so nahe, dass er nur sieben Tage braucht, um eine vollständige Umlaufbahn zu vollenden.

Dank dieser Merkmale ist HIP 67522 b auch leicht mit dem . zu erkennen Transitmethode , wo Astronomen Sterne auf periodische Helligkeitsabfälle überwachen, um das Vorhandensein von Planeten (sowie deren Größe und Umlaufzeit) zu bestimmen. Dieser Exoplanet erforderte jedoch noch eine Bestätigung mit den Infrarotdaten des inzwischen pensionierten Spitzer Weltraumteleskop da junge Sterne dafür bekannt sind, Sonnenflecken zu haben (die auch zu periodischen Helligkeitsabfällen führen).

Aber was noch interessanter ist, ist die Tatsache, dass dieser heiße Jupiterstern (der sich etwa 490 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet) nur 17 Millionen Jahre alt ist. Tatsächlich ist HIP 67522 b der jüngste jemals beobachtete heiße Jupiter, da in allen vorherigen Fällen festgestellt wurde, dass heiße Jupiter mehr als eine Milliarde Jahre alt waren. Dies könnte bedeuten, dass sich dieser besondere heiße Jupiter noch in der Entwicklung befindet, was es Astronomen ermöglicht, Theorien über die Migration von Gasriesen zu testen.

Wie Aaron Rizzuto, ein Exoplaneten-Wissenschaftler an der University of Texas in Austin, der die Studie leitete, kürzlich in einer NASA-Erklärung :

„Wir können viel über unser Sonnensystem und seine Geschichte lernen, indem wir die Planeten und andere Dinge, die die Sonne umkreisen, studieren. Aber wir werden nie erfahren, wie einzigartig oder wie häufig unser Sonnensystem ist, es sei denn, wir suchen nach Exoplaneten. Exoplaneten-Wissenschaftler finden heraus, wie sich unser Sonnensystem in das Gesamtbild der Planetenentstehung im Universum einfügt.“

Zusammenfassend gibt es drei Haupttheorien, wie heiße Jupiter ihren Elternsternen so nahe kommen. Zum einen bilden sie sich in der Nähe ihrer Sterne und bleiben dort ihr Leben lang. Die anderen beiden behaupten im Gegensatz dazu, dass sich diese Planeten weiter draußen in ihrem Sonnensystem gebildet haben und später in ihrer Geschichte nach innen gewandert sind. Der einzige Streitpunkt für diese letzteren Schulen ist, wann und wie sie ausgewandert sind?

Die erste Theorie erscheint vielen Astronomen auf Anhieb als unwahrscheinlich, da Gasriesen, die sich in der Nähe ihrer Sterne bilden, extremer Hitze und periodischen Sternexplosionen ausgesetzt wären. Im Laufe der Zeit würde das gasförmige Material dieser Planeten verdampft oder weggeblasen, vielleicht bevor sie sich überhaupt gebildet haben. In dieser Hinsicht erscheinen die zweite und dritte Theorie plausibler, da sie wagen, dass sich Gasriesen in der kälteren Region eines Systems bilden.

Diese Region existiert jenseits der Grenze in einem System, in dem flüchtige Elemente (wie Wasser, Kohlendioxid, Methan, Ammoniak usw.) bekanntermaßen gefrieren – auch bekannt als. das Frostlinie , oder Schneelinie. Angesichts der Tatsache, dass Gasriesen überwiegend aus Wasserstoff, Helium und flüchtigen Elementen bestehen (obwohl angenommen wird, dass sie feste Kerne enthalten), erscheint diese Theorie logischer.

Wie bereits erwähnt, unterscheiden sich die zweite und dritte Theorie hinsichtlich des Zeitpunkts und der Mechanismen für diese Migrationen. Erstere behauptet, dass heiße Jupiter zu einem frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Systems zu wandern beginnen, als sie noch vom Gas und Staub einer protoplanetaren Scheibe umgeben wären. In diesem Szenario interagiert die Gravitation der Scheibe mit der Masse des Planeten, wodurch die Umlaufbahn des Planeten unterbrochen wird und er nach innen wandert.

Künstlerische Darstellung des Spitzer-Weltraumteleskops.Bildnachweis: NASA/JPL

Letztere Hypothese behauptet, dass heiße Jupiter später wandern, wenn sich die anderen Planeten des Systems gebildet haben, und dass ihre Schwerkraft den Migrationsprozess antreibt. Hier kommt die Entdeckung von HIP 67522 b ins Spiel, da es im Vergleich zu anderen heißen Jupitern so jung ist. Mit weniger als 17 Millionen Jahren – weniger als 2% so alt wie seine Altersgenossen – kreist HIP 67522 b bereits sehr nahe um seinen Stern.

Kurz gesagt, diese Entdeckung hat einige Zweifel an der Theorie aufkommen lassen, dass Gasriesen wandern, bevor ihre Entstehungsgeschichte abgeschlossen ist. Darüber hinaus zeigt das Sternensystem HIP 67522 keinen Hinweis auf einen protoplanetaren Ring. Der Astronom kann jedoch nicht sicher sein, ob dieser junge heiße Jupiter ein Ausreißer oder ein typischer Fall von Gasriesen ist.

Yasuhiro Hasegawa, ein Astrophysiker mit Spezialisierung auf Planetenentstehung am Jet Propulsion Laboratory der NASA, war zwar nicht an der Studie beteiligt. ausgedrückt einige Gedanken zu seinen Implikationen:

„Wissenschaftler würden gerne wissen, ob es einen dominanten Mechanismus gibt, der die meisten heißen Jupiter bildet. In der Gemeinschaft gibt es derzeit keinen klaren Konsens darüber, welche Formationshypothese am wichtigsten ist, um die von uns beobachtete Population zu reproduzieren. Die Entdeckung dieses jungen heißen Jupiter ist aufregend, aber es ist nur ein Hinweis auf die Antwort. Um das Rätsel zu lösen, brauchen wir mehr.“

Diese Entdeckung zeigt auch, wieSpitzer, auch im Ruhestand, liefert uns noch immer wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse. Nächstes Jahr die James Webb Weltraumteleskop (JWST) wird in den Weltraum fliegen, der als Nachfolger vonSpitzer(unter anderem Weltraumteleskope). Hoffentlich wird es auch neue und aufregende Dinge enthüllen, die unsere Vorstellungen vom Universum in Frage stellen!

Weiterlesen: NASA , Das astronomische Journal