Glück ist eine warme Supererde

Super-Erden, die sich um außerirdische Sterne bilden, können durch den Einfluss der Schwerkraft in die Nähe ihrer Gefährten gedrängt werden, wie neue Untersuchungen von Penn State ergeben haben. Computersimulationen, die dieses Verhalten zeigen, könnten einige grundlegende Fragen zur Entwicklung von Sonnensystemen um außerirdische Sterne beantworten.

Planeten bilden sich aus Staub und kleinen Materiekörnern, die in protoplanetarischen Scheiben um aufstrebende Sterne kreisen. In unserem Sonnensystem befinden sich die kleinsten Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) in der Nähe der Sonne, während die Gasriesen Jupiter und Saturn weiter entfernt sind und die Eisriesen Uranus und Neptun noch weiter von unserem Sternbegleiter entfernt sind .

Eine künstlerische Vorstellung von CoRoT-7b, einem Exoplaneten, der ungefähr 70 Prozent größer ist als die Erde. Astronomen glauben, es könnten die Überreste eines Gasriesen sein, der sich der Sonne näherte und dieser Welt einen Großteil ihrer Atmosphäre entzog. Bildnachweis: ESO / L. Calçada

Astronomen, die nach Exoplaneten suchen, stellen jedoch fest, dass andere Sternsysteme in einer Vielzahl von Ausführungen erhältlich sind. Super-Erden, Planeten, die unserer eigenen felsigen Welt ähneln, aber größer sind, befinden sich in der Nähe ihrer Sonnen und sausen in einem kleinen Bruchteil der Zeit, die unsere eigene Welt benötigt, um ihre Sterne. Die Frage, die diese Forschung aufwirft, ist: Warum kreisen diese Super-Erden so nahe an ihren Sonnen?

„Mit den ersten Entdeckungen von Exoplaneten der Jupiter-Größe, die in der Nähe ihres Wirtssterns kreisen, ließen sich die Astronomen inspirieren, mehrere Modelle für die Entstehung solcher Planeten zu entwickeln, darunter chaotische Wechselwirkungen in mehreren Planetensystemen, Gezeiteneffekte und Migration durch die Gasscheibe. Diese Modelle sagten jedoch nicht die jüngsten Entdeckungen von Planeten in Super-Erdgröße voraus, die so nahe an ihrem Wirtsstern kreisen “, sagte Eric Ford, Direktor des Penn State Center for Exoplanets and Habitable Worlds.

Die staubige Spur treffen

Die Forscher von Penn State verwendeten Computersimulationen, um zu untersuchen, wie Supererden von der Schwerkraft beeinflusst werden, wenn sie aus der Staubscheibe, aus der sie geboren wurden, zusammenfließen. Die Modelle zeigten, dass die Umlaufbahnen dieser jungen Planeten sich synchronisieren und Planeten in einer Linie näher an ihre Sonne zeichnen können. Die Gravitationsanziehung zwischen Planeten und die Auswirkungen von Gas auf äußere Planeten könnten Super-Erden in der Entwicklung von Sonnensystemen zu ihren Sternen ziehen, so die Studie.

„Wenn Sterne sehr jung sind, sind sie von einer Scheibe umgeben, die größtenteils aus Gas und etwas Staub besteht - und dieser Staub wächst auf den Planeten wie die Erde und diese Supererden. Das besondere Rätsel für uns ist jedoch, dass diese Scheibe nicht bis zum Stern reicht - dort befindet sich eine Höhle. Und doch sehen wir diese Planeten näher am Stern als am Rand dieser Scheibe “, sagte Dr. Daniel Carrera, Assistant Research Professor für Astronomie am Penn State Eberly College of Science.

Unser eigenes Sonnensystem erlebte auch Planetenmigrationen. Der Jupiter hat sich wahrscheinlich weiter draußen im Sonnensystem gebildet als heute und ist der Sonne zugewandert. Neptun war vielleicht früher näher an der Sonne als Uranus, bevor beide Welten in die extremen Bereiche unseres Planetensystems abwanderten.

„Die Migration von Planeten kann nach innen auf ihren Stern oder nach außen von ihrem Stern weg gerichtet sein. Planeten mit Massen, die Neptun und Jupiter ähnlich sind und als Jupiter-Planeten bezeichnet werden, wandern normalerweise nach innen. Diese Einwanderung von Jupiter-Planeten kann die Existenz von "heißen Jupitern" erklären, Planeten, die so massereich sind wie Jupiter und Umlaufbahnen haben, die kleiner sind als die von Merkur, weil sie der Sonne nahe sind ", erklärt Karna Desai von der Indiana University.

Wie Sie zweifelsohne wissen, müssen für die Pläne zur Erschließung der Randregionen der Galaxis eine Hyperspatial-Express-Route durch Ihr Sternensystem erstellt werden. Alle Planungspläne und Abbruchaufträge wurden in Ihrer lokalen Planungsabteilung in Alpha ausgestellt Centauri für 50 Jahre deiner Erde ... Was meinst du damit, dass du noch nie in Alpha Centauri warst? Oh, um Himmels willen, Menschheit, es sind nur noch vier Lichtjahre, weißt du? Es tut mir leid, aber wenn Sie nicht die Mühe haben, sich für lokale Angelegenheiten zu interessieren, ist dies Ihr eigener Ausguck. Schalten Sie die Abbruchbalken ein.
- Douglas Adams, Per Anhalter durch die Galaxis

Anders betrachtet…

Planeten sind viel kleiner und dunkler als ihre Elternsterne, aber von der Erde aus gesehen nur durch einen kleinen Winkel von ihren Sonnen getrennt. Dies bedeutet, dass das Licht von außerirdischen Welten von ihren Gefährten übertönt wird. Das Fotografieren dieser Planeten ist wie der Versuch, ein Glühwürmchen vor einem Autoscheinwerfer aus einiger Entfernung zu fotografieren.

Daher wenden Astronomen normalerweise eine von zwei Methoden an, um Exoplaneten um außerirdische Sterne zu finden. Für jene Welten, die zwischen ihrer Sonne und der Erde verlaufen, verdunkelt sich das Licht des Sterns, wenn der Planet von unserer Welt aus „vor“ dem Stern vorbeigeht. Eine andere Methode besteht darin, das vom Stern erzeugte Wackeln zu messen, wenn Planeten den massiven Körper umkreisen. Mit einer dieser Methoden ist es einfacher, größere Planeten und solche zu finden, die näher an ihren Sternen liegen, als kleinere Welten zu finden, die größere Umlaufbahnen durchqueren.

„Obwohl es wahr ist, dass große Planeten in der Nähe leichter zu erkennen sind, wissen wir, wie diese Selektionsverzerrung zu erklären ist, und wir können immer noch mit Zuversicht sagen, dass Super-Erden in der Nähe weit verbreitet sind. Die jüngste Schätzung besagt, dass 30% der sonnenähnlichen Sterne Super-Erden in der Nähe haben. Das heißt aber nicht, dass sie der häufigste Planetentyp im Universum sind. Wenn zum Beispiel jeder Stern einen marsähnlichen Planeten hätte, würden wir es nicht wissen, weil wir einen solchen Planeten nicht entdecken können “, erklärte Carrera in einem exklusiven Interview mit The Cosmic Companion.

Ich sehe es nun deutlich…

Das Kepler-Weltraumteleskop entdeckte mehrere tausend Planeten, die außerirdische Sterne umkreisen, und diese Arbeit wird von den Astronomen mit den Weltraumteleskopen TESS und James Webb durchgeführt. Viele Planeten, insbesondere kleinere Welten, die weit entfernt von den Muttersternen liegen, werden wahrscheinlich von der nächsten Generation von Weltraumteleskopen entdeckt.

Das Konzept eines Künstlers eines Exoplaneten umkreiste Barnards Stern, nur sechs Lichtjahre von der Erde entfernt. Bildnachweis: European Southern Observatory

Wie das Kepler-Raumschiff und das Hubble-Weltraumteleskop werden diese neuen Observatorien wahrscheinlich große Mengen wissenschaftlicher Daten liefern, die wir jetzt vorhersagen können, bevor Daten von diesen umlaufenden Außenposten eintreffen.

„Beide Missionen werden unser Verständnis von Super-Erden erheblich verbessern. TESS wird die Anzahl der Planeten, für die wir sowohl den Planetenradius als auch die Masse kennen, dramatisch erhöhen (dank der Beobachtung vom Boden aus). Dies ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, woraus diese Planeten bestehen (Sind sie felsig? Sind sie Wasserwelten? Haben sie große Atmosphären wie Neptun?). Im Gegensatz dazu wird James Webb nur eine Handvoll Planeten untersuchen, aber es wird uns viel über die atmosphärische Chemie dieser Planeten erzählen “, erzählt Carrera The Cosmic Companion.

Schön dich hier zu treffen!

Obwohl diese Simulationen einen Grund beschreiben, warum Supererden in der Nähe ihrer Sonne gefunden werden können, ist dies nicht die einzige mögliche Erklärung, um die Positionen dieser Welten zu erklären. Weitere Forschungen sind erforderlich, um andere Faktoren zu bestimmen, die bei der Wanderung außerirdischer Supererden eine Rolle spielen könnten, und weitere Beobachtungen müssen durchgeführt werden, um diese Ergebnisse zu bestätigen.

"Super-Erden in sehr nahen Umlaufbahnen sind bei weitem die häufigste Art von Exoplaneten, die wir beobachten, und dennoch existieren sie nicht in unserem eigenen Sonnensystem und das lässt uns fragen, warum", fragt Carrera.

Bisher ist niemand sicher, warum sich unser eigenes Sonnensystem so stark von den Systemen unterscheidet, die wir um andere Sterne herum finden. Wenn wir mehr über ferne Sonnensysteme erfahren, können wir vielleicht hier zu Hause mehr über unsere Planetenfamilie erfahren.