Neu entdeckter Exoplanet könnte sich in Staub verwandeln

Forscher des MIT, der NASA und anderer Einrichtungen haben in 1.500 Lichtjahren Entfernung einen möglichen Planeten entdeckt, der in der brennenden Hitze seines Zentralsterns zu verdampfen scheint. Die Wissenschaftler schluss-folgern, dass der lange Schweif aus Trümmern – ähnlich dem Schweif eines Kometen – dem Planeten folgt und dass dieser Schweif etwas über die Auflösung des Planeten erzählt. Den Berechnungen des Teams zufolge wird sich der winzige Exoplanet, der nicht viel größer als Merkur ist, in den nächsten 100 Millionen Jahren vollständig auflösen.

Das Team fand heraus, dass der staubige Planet seinen Zentralstern alle 15 Stunden umkreist – eine der kürzesten Umlaufperioden, die bislang beobachtet wurden. So eine Umlaufbahn muss sehr eng sein und das spricht dafür, dass der Planet von seinem orange-roten Zentralstern auf eine Temperatur von etwa 1.980 Grad Celsius aufgeheizt werden muss. Die Forscher vermuten, dass Gesteinsmaterial auf der Oberfläche des Planeten schmilzt und bei solch hohen Temperaturen verdampft, was einen Wind zur Folge hat, der sowohl Gas als auch Staub in den Weltraum trägt. Der Planet zieht dichte Staubwolken hinter sich her, während er seinen Stern umkreist.

„Wir denken, dass dieser Staub aus Partikeln im Größenbereich von weniger als einem Mikrometer besteht“, sagt Co-Autor Saul Rappaport, ein Professor Emeritus für Physik am Massachusetts Institute of Technology (MIT). „Es wäre so, als würde man durch den Smog in Los Angeles blicken.“

Die Ergebnisse der Gruppe wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht und basieren auf Daten des Kepler-Observatoriums, einem Weltraumteleskop, das mehr als 160.000 Sterne in der Milchstraße beobachtet. Das Observatorium zeichnet in regelmäßigen Abständen die Helligkeit jedes Sterns auf; Wissenschaftler analysieren die Daten anschließend und suchen nach Anzeichen für neue Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems.

Ein merkwürdiger Fall

Astronomen identifizieren Exoplaneten mit dem Kepler-Teleskop, indem sie nach regelmäßigen Helligkeitsabschwächungen eines Sterns suchen. Wenn sich ein Stern beispielsweise einmal im Monat abschwächt, dann ist eine Möglichkeit, dass der Helligkeitsabfall an einem Planeten liegt, der den Stern einmal pro Monat umkreist. Immer wenn der Planet vor dem Stern vorbeizieht, blockiert der Planet dieselbe geringe Menge des Sternlichts.

Rappaport und seine Kollegen trafen bei dem Stern namens KIC 12557548 allerdings auf ein merkwürdiges Lichtmuster. Die Gruppe untersuchte die Lichtkurven des Sterns – den zeitlichen Verlauf seiner Helligkeit – und fand heraus, dass sein Licht alle 15 Stunden unterschiedlich stark abgeschwächt wurde – das deutet darauf hin, dass etwas den Stern regelmäßig blockiert, aber in verschiedenen Größenordnungen.

Das Team zog mehrere Erklärungen für die rätselhaften Daten in Betracht, darunter die Möglichkeit, dass ein planetarisches Duo – zwei Planeten, die sich gegenseitig umkreisen – den Stern umkreist. (Rappaport argumentierte, dass das Planetenpaar in verschiedenen Ausrichtungen vor dem Stern vorbeiziehen würde, was bei jeder Bedeckung unterschiedlich große Lichtmengen blockieren würde.) Letztendlich konnten die Daten diese Hypothese nicht unterstützen: Die Periode von 15 Stunden wurde für zu kurz befunden, um genug Raum für zwei sich gegenseitig umkreisende planetare Körper zu erlauben, so wie die Erde und der Mond zusammen die Sonne umkreisen.

Eine staubige Theorie

Stattdessen kamen die Forscher zu einer neuen Hypothese: Demnach werden die verschieden starken Helligkeitsabfälle durch einen etwas amorphen, gestaltverändernden Körper verursacht. „Ich bin nicht sicher, wie wir zu dieser Erleuchtung kamen“, sagt Rappaport, „aber es musste etwas sein, das sich grundsätzlich verändert. Es war kein fester Körper sondern eher Staub, der von dem Planeten kommt.“

Rappaport und seine Kollegen untersuchten verschiedene Möglichkeiten, wie Staub erzeugt und von einem Planeten gefegt werden könnte. Sie argumentierten, dass der Planet ein schwaches Gravitationsfeld haben müsse, ähnlich dem von Merkur, um Gas und Staub daraus entkommen lassen zu können. Der Planet muss auch extrem heiß sein – in der Größenordnung von etwa 2.000 Grad Celsius.

Rappaport sagt, dass es zwei mögliche Erklärungen dafür gebe, wie sich der planetare Staub bildet: Er könnte als Asche aus Oberflächenvulkanen ausbrechen oder er könnte sich aus Metallen bilden, die durch die hohen Temperaturen verdampft werden und dann in Staub auskondensieren. Um der Frage nachzugehen, wie viel Staub der Planet verliert, zeigte das Team, dass der Planet genug Staub verlieren könnte, um die Kepler-Daten zu erklären. Aus ihren Berechnungen schlossen die Forscher, dass sich der Planet bei dieser Verlustrate in den nächsten 100 Millionen Jahren vollständig auflösen wird.

Die Wissenschaftler erzeugten ein Modell des Planeten, wie er zusammen mit seiner langen Staubwolke seinen Stern umkreist. Der Staub war in direkter Umgebung des Planeten am dichtesten und dünnte sich mit zunehmender Entfernung aus. Die Gruppe simulierte die Helligkeit des Sterns, wenn der Planet und dessen Staubwolke vor ihm vorüberzogen und fand heraus, dass die Lichtmuster mit den irregulären Lichtkurven übereinstimmten, die von dem Kepler-Teleskop beobachtet wurden.

„Wir sind jetzt wirklich froh über die Asymmetrie in dem Bedeckungsprofil“, sagt Rappaport. „Zuerst haben wir dieses Bild nicht verstanden. Aber nachdem wir erst einmal diese Theorie entwickelt hatten, erkannten wir, dass dieser Staubschweif dort sein muss. Wenn nicht, dann ist dieses Bild falsch.“

Dan Fabrycky, ein Mitglied des Kepler-Wissenschaftsteams, sagt, dass das Modell den vielen unterschiedlichen Möglichkeiten hinzugefügt werden könne, wie ein Planet verschwinden kann.

„Dies könnte eine weitere Möglichkeit sein, wie Planeten letztendlich zerstört werden“, sagt Fabrycky, der nicht an der Forschungsarbeit beteiligt war. „Viele Studien kamen zu dem Schluss, dass Planeten keine ewigen Objekte sind, sie können außergewöhnliche Tode sterben und das könnte ein Fall sein, wo der Planet in Zukunft vollständig verdampft.“

Die Forschungsarbeit wurde von der National Science Foundation und dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada finanziert.

Quelle: http://web.mit.edu/press/2012/dusty-exoplanet.html

(THK)