Video: Künstlerische Darstellung der ungewöhnlich elliptischen Umlaufbahn des Planeten TIC 241249530 um seinen Wirtsstern. © Abigail Minnich/Penn State
Er saust „brenzlig“ nah an seinem Stern vorbei, kehrt dann aber erst wieder nach einer Fernreise durch das System zu ihm zurück: Forschende haben einen Riesen-Planeten entdeckt, der sich auf einer extrem elliptischen Umlaufbahn bewegt. Modellberechnungen zufolge wird er zukünftig immer weniger exzentrisch und ausladend um seinen Stern kreisen, was ihn schließlich zu einem sogenannten heißen Jupiter machen wird. Die Entdeckung wirft damit Licht auf die Entwicklungsgeschichten dieser besonderen Exoplaneten, sagen die Forschenden.
Unter den über 5600 Welten, die Astronomen mittlerweile schon um ferne Sterne entdeckt haben, gibt es eine Kategorie, die in unserem Sonnensystem nicht zu finden ist: Bei den sogenannten heißen Jupitern handelt es sich um Exoplaneten, die zwar unseren Gasriesen Jupiter und Saturn ähneln, aber eine deutlich andere Position in ihren Systemen einnehmen: Sie kreisen näher um ihre Sterne als der Merkur um die Sonne, wodurch sie sich stark aufheizen. Man nimmt an, dass diese Himmelskörper nicht ursprünglich auf diesen engen Umlaufbahnen entstanden sind: Modelle legen nahe, dass sie sich zunächst in äußeren Bereichen ihrer Systeme gebildet haben und erst später auf ihre die engen Umlaufbahnen eingeschwenkt sind.
„Astronomen suchen seit mehr als zwei Jahrzehnten nach Exoplaneten, die Vorläufer heißer Jupiter oder Zwischenprodukte des Migrationsprozesses darstellen könnten“, sagt Erst-Autor Arvind Gupta von der Pennsylvania State University in University Park. Bisher gab es nur in einem Fall Hinweise auf einen Planeten, der sich in diesem Entwicklungsprozess befinden könnte. Nun präsentieren Gupta und seine Kollegen einen weiteren Kandidaten. Es handelt sich dabei um den Planeten mit der Bezeichnung TIC 241249530, der einen etwa 1100 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern umrundet.
Erstaunlich ausschweifend unterwegs
Er wurde ursprünglich durch Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA mittels der Transitmethode entdeckt, die die Verschattung detektiert, die der vor seinem Stern vorbeiziehende Planet erzeugt. Anschließend lieferten dann Instrumente des Kitt Peak National Observatory in Arizona weitere Daten, die Hinweise anhand der Radialgeschwindigkeit des Sterns ermöglichten. Spektralanalysen des Sternenlichts konnten dabei das „Wackeln“ des Sterns aufzeigen, das auf die Anziehungskraft des Planeten beim Umlauf zurückzuführen ist. Anhand der gesammelten Informationen waren dann Rückschlüsse auf die Merkmale von TIC 241249530 sowie seiner Umlaufbahn möglich.
Wie das Team berichtet, ging aus den Datenanalysen hervor: Der Planet ist fünfmal massereicher als Jupiter und bewegt sich bei seinem etwa sechs Monate dauernden Orbit extrem exzentrisch: Er kommt seinem Stern dabei zeitweise sehr nahe, bewegt sich dann aber auf einer stark elliptischen Umlaufbahn weit von ihm weg. Wenn der Planet Teil unseres Sonnensystems wäre, würde er der Sonne näherkommen als Merkur, aber dann bis in den Bereich der Umlaufbahn der Erde ausschweifen, erklären die Forschenden. TIC 241249530 weist damit nun den höchsten bisher erfassten Wert der Exzentrizität eines beim Transit erfassten Planeten auf, sagen die Forschenden. Er löst damit den bisherigen Rekordhalter HD 80606 b ab, der bereits als ein Kandidat für einen sich entwickelnden heißen Jupiter galt.
“Dieser neue Planet erlebt während seiner Umlaufbahn wirklich dramatische Veränderungen der Bestrahlung: Seine Atmosphäre muss sich jedes Mal extrem aufheizen, wenn er sich dem Stern nähert”, sagt Co-Autorin Sarah Millholland vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. Außerdem stellten die Forschenden eine weitere Besonderheit von TIC 241249530 fest, die mit seiner speziellen Geschichte zu tun haben könnte: Der Planet kreist in einer Richtung, die der Rotation seines Muttersterns entgegengesetzt ist. Eine solche Gegenläufigkeit kommt in unserem Sonnensystem nicht vor und wurde bisher auch nur selten bei Exoplaneten festgestellt.
Auf dem Weg zum heißen Jupiter
Um zu beleuchten, wie die ungewöhnliche Umlaufbahn entstanden ist und sich weiterentwickeln könnte, führten die Forschenden Modellsimulationen der Umlaufdynamiken und möglicher Einflussgrößen durch. Darin zeichnet sich ab, dass TIC 241249530 tatsächlich ein Planet ist, der sich ursprünglich auf einer kreisförmigen Umlaufbahn im weiter außen gelegenen Bereich gebildet hat. Er driftete dann offenbar auf seine exzentrische Bahn, da das System unter dem Einfluss eines benachbarten Sterns steht, erklären die Forschenden. „Obwohl wir nicht wirklich auf eine Art Rückspultaste drücken und den Prozess der Planetenwanderung in Echtzeit beobachten können, repräsentieren die Ergebnisse doch so etwas wie eine Momentaufnahme des Migrationsprozesses“, sagt Gupta.
Was die zukünftige Entwicklung der Umlaufbahn betrifft, ging aus den Modellsimulationen hervor: TIC 241249530 wird immer mehr an Schwung einbüßen, bis er schließlich eine zunehmend kreisförmige und sehr nah an seinem Wirtsstern gelegene Umlaufbahn einnehmen wird. Konkret sagen die Forschenden voraus, dass der Planet in etwa einer Milliarde Jahren seinen Stern im Verlauf nur weniger Tage umkreisen wird. Er wird sich dann also vollständig zu einem heißen Jupiter entwickelt haben. „Dieser neue Planet unterstützt somit die Theorie, wonach ein Teil der heißen Jupiter eine Migrationsgeschichte mit hoher Exzentrizität durchlaufen hat“, sagt Millholland.
Wie das Team abschließend hervorhebt, bietet der Planet neben den neuen Hinweisen auf die Entwicklungsgeschichten von heißen Jupitern weiteres Potenzial für die astronomische Forschung: „Wir sind besonders daran interessiert, was wir über die Dynamik der Atmosphäre dieses Planeten lernen können, nachdem er einen seiner glühend nahen Passagen an seinen Stern absolviert hat“, sagt Co-Autor Jason Wright von der Pennsylvania State University. „Teleskope wie das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA verfügen nun über die nötige Empfindlichkeit, um die Veränderungen in der Atmosphäre dieses neu entdeckten Exoplaneten zu untersuchen“, so der Astronom.
Quelle: Massachusetts Institute of Technology, Pennsylvania State University, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-024-07688-3
Einzelgänger-Planeten auf der Spur
