Ob Gasriese, Wasserwelt oder erdähnlicher Gesteinsplanet: Wenn es um die Beschaffenheit von Exoplaneten geht, ist die Dichte oft das entscheidende Merkmal. Denn das Verhältnis von Masse zu Größe verrät, wie kompakt ein Himmelskörper ist und damit auch, ob er vorwiegend aus Gasen, Eis, Gestein oder Metall besteht. So hat die feste Erde eine mittlere Dichte von 5,5 Gramm pro Kubikzentimeter, beim Gasriesen Jupiter liegt sie dagegen nur bei 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter.
Planetentransits über der Antarktis
Doch es geht noch „fluffiger“, wie Astronomen um George Dransfield von der University of Oxford entdeckt haben. Für ihre Studie hatten sie zwei Exoplaneten näher untersucht, die um den rund 1100 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern TOI-791 kreisen. Die Planeten TOI-791b und TOI-791c wurden im Jahr 2025 in Daten des TESS-Weltraumteleskops der NASA aufgespürt. Ersten Daten zufolge sind sie beide etwa so groß wie Jupiter und benötigen für ihren Umlauf um den Stern knapp 140 und knapp 930 Tage.
Um mehr über diese planetaren Neuzugänge zu erfahren, haben Dransfield und ihr Team nun Beobachtungsdaten des ASTEP-Teleskops in der Antarktis ausgewertet. Weil dieses während der Polarnacht monatelang im Dunkeln liegt, lassen sich damit besonders gut lange Planetentransits verfolgen. Bei TOI-1791 dauert die Passage der Planeten vor ihrem Stern mehr als elf Stunden. Durch Analyse der resultierenden Lichtkurve und subtiler Verzögerungen der Transits ermittelten die Astronomen erstmals die Masse der beiden Exoplaneten.
Größenvergleich der beiden Exoplaneten TOI-791b und -c mit Planeten des Sonnensystems. — © NASA/ Daniel Rutter
Leichter als Zuckerwatte
Die Analysen ergaben Überraschendes, denn beide Planeten sind für ihre Größe ungewöhnlich leicht. Der innere Planet TOI-191b hat demnach eine Dichte von nur 0,038 Gramm pro Kubikzentimeter, der äußere Planeten TOI-191c kommt auf 0,047 Gramm pro Kubikzentimeter, wie Dransfield und ihr Team ermittelten. Zum Vergleich: Der etwa gleichgroße Gasriese Jupiter ist mit einer Dichte von 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter rund 28- und 35-mal schwerer als diese beiden Leichtgewichte.
Das bedeutet: Die beiden Exoplaneten sind ungewöhnlich leicht und fluffig – selbst Zuckerwatte ist mit 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter kompakter als sie. Wie die Astronomen erklären, gehören TOI-791b und TOI-791c zu den Planeten mit der geringsten je gemessenen Dichte. „Bisher sind nur eine Handvoll solcher Zuckerwatte-Planeten bekannt“, sagt Dransfield. „Noch seltener ist es, gleich zwei davon im selben System zu finden.“ Bisher kennen Astronomen erst vier Planetensysteme mit mehr als einem dieser Superleichtplaneten.
Wie können solche „Fluff“-Planeten entstehen?
Noch ist ungeklärt, wie solche „Zuckerwatte“-Planeten beschaffen sind und wie sie entstehen. Astronomen vermuten jedoch, dass diese Exoplaneten eine übermäßig aufgeblähte Atmosphäre aus leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium besitzen. Bisher gibt es zwei Theorien dazu, wie diese zustande kommt. Die erste: Weil einige der bisher bekannten Zuckerwatte-Planeten sehr nah an ihrem Stern kreisen, könnte ihre Gashülle durch die intensive Hitze und Strahlung aufgebläht worden sein.
Doch bei TOI-791c passt dieses Szenario nicht: Der äußere Zuckerwatte-Planet umkreist seinen Stern im Abstand von mehr als zwei astronomischen Einheiten – das entspricht der doppelten Entfernung Erde-Sonne. Dafür könnte bei ihm die zweite Theorie greifen. Nach dieser bilden sich solche „fluffigen“ Gasriesen in den kalten, eisreichen Außenbereichen ihrer protoplanetaren Scheibe. Dort sammelt ihr fester Kern große Eismassen an. Wenn dann diese Planeten nach innen in eine wärmere Zone ihres Systems wandern, gast dieses Eis aus und bläht die Gashülle auf.
So geht es jetzt weiter
„Dieses System bietet uns ein einzigartiges Laboratorium, um zu verstehen, wie sich solche superfluffigen Exoplaneten bilden und entwickeln“, sagt Co-Autor Amaury Triaud von der University of Birmingham. Die Astronomen planen als Nächstes, die beiden Planeten des TOI-791-Systems mit dem James-Webb-Teleskop zu analysieren. Dessen Spektraldaten könnten verraten, welche Gase die Atmosphäre der Zuckerwatte-Planeten enthält – und so weitere Hinweise auf ihre Entstehung liefern.
Quelle: George Dransfield (University of Oxford) et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2026; doi: 10.1093/mnras/stag864
