Eine unerwartete vierte Welt
Der CHEOPS-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation hat eine weitere Überraschung bei seiner laufenden Vermessung bekannter exoplanetarer Systeme geliefert. Ein vierter Planet, der um den roten Zwergstern LHS 1903 kreist, passt nicht in eines der Standardmodelle, die erklären, wie Planeten entstehen und sich um ihre Sterne anordnen, und zwingt Astronomen, grundlegende Annahmen über die Architektur von Planetensystemen zu überdenken.
Die Entdeckung trägt zu einer wachsenden Fülle von Hinweisen bei, die nahelegen, dass die geordnete Anordnung unseres eigenen Sonnensystems – felsige Planeten dicht bei der Sonne, Gasriesen weiter außen, alles in ungefähr kreisförmigen Bahnen – eher die Ausnahme als die Regel sein könnte.
Das System LHS 1903
LHS 1903 ist ein kleiner, kühler roter Zwergstern, der sich astronomisch gesehen relativ nah bei der Erde befindet. Drei Planeten waren zuvor im System durch Durchgangsbeobachtungen identifiziert worden, bei denen die leichte Verdunkelung des Sternenlichts, während ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht, die Anwesenheit des Planeten enthüllt und die Messung seiner Größe ermöglicht.
CHEOPS führte Folgebeobachtungen des Systems durch, als es die unverkennbare Signatur eines vierten Körpers entdeckte. Die Umlaufbahn, die Größe und die Beziehung des neuen Planeten zu seinen drei Geschwistern fielen sofort als anomal auf.
Der Planet besetzt eine Umlaufbahn, die nach Standardbildungsmodellen dynamisch instabil sein sollte. Die Gravitationswechselwirkungen mit den anderen drei Planeten hätten ihn entweder aus dem System werfen oder eine Verschlechterung seiner Umlaufbahn in eine Kollision innerhalb eines relativ kurzen astronomischen Zeitraums verursachen sollen. Doch das System zeigt keine Zeichen von Instabilität, was nahelegt, dass es diese Konfiguration über einen beträchtlichen Teil der Lebensdauer des Sterns beibehalten hat.
Warum dies die Entstehungstheorie in Frage stellt
Die Planetenentstehungstheorie besagt, dass Planeten aus der Gas- und Staubscheibe koaleszieren, die einen jungen Stern umgibt. Die Eigenschaften dieser protoplanetaren Scheibe bestimmen, welche Arten von Planeten entstehen können und wo sie landen. Im Laufe mehrerer Jahrzehnte haben Astronomen ausgefeilte Modelle entwickelt, die die allgemeine Architektur vieler beobachteter Planetensysteme reproduzieren können.
Das System LHS 1903 verletzt mehrere Vorhersagen dieser Modelle gleichzeitig. Die vier Planeten sind dichter gepackt, als Modelle vorhersagen würden, dass dies für Körper ihrer Größe um einen Stern dieser Masse möglich sein sollte. Der Orbitalabstand zwischen ihnen verstößt gegen weit verbreitete empirische Beziehungen, die die Stabilität eines Systems mit dem Abstand zwischen benachbarten Planetenumlaufbahnen verbinden.
Das Hinzufügen des vierten Planeten an der Stelle, an der er tatsächlich beobachtet wurde, lässt die Simulationen außer Kontrolle geraten. Die Planeten sollten voneinander abprallen, aber das tun sie offensichtlich nicht. Etwas stabilisiert das System, das die aktuellen Modelle nicht erfassen.
Mögliche Erklärungen
Mehrere Hypothesen könnten die unerwartete Stabilität des Systems erklären. Eine Möglichkeit ist die Orbitalresonanz, eine Situation, in der die Umlaufperioden benachbarter Planeten durch einfache Verhältnisse wie 2:1 oder 3:2 verbunden sind und so einen Gravitationstanz schaffen, der tatsächlich die Stabilität verstärkt, anstatt das Chaos zu fördern. Resonanzketten sind bekannt, in anderen kompakten Mehrplanetensystemen zu existieren, wie das berühmte System TRAPPIST-1 mit seinen sieben erdähnlichen Welten.
Allerdings deutet eine erste Analyse von LHS 1903 darauf hin, dass sich die Planeten nicht in einer einfachen Resonanzkonfiguration befinden. Die Umlaufperioden stimmen nicht in den sauberen Verhältnissen überein, die bekannte Resonanzketten charakterisieren, was auf eine komplexere dynamische Anordnung hindeutet.
Eine andere Möglichkeit betrifft die innere Zusammensetzung der Planeten. Wenn einer oder mehrere der Planeten erheblich weniger massiv sind, als seine scheinbare Größe vermuten lässt, vielleicht ungewöhnlich aufgeblasen mit einer dicken, aber leichten Atmosphäre, wären die Gravitationswechselwirkungen zwischen den Planeten schwächer als erwartet, was möglicherweise ermöglichen würde, dass die enge Packung stabil bleibt.
CHEOPS liefert weiterhin Ergebnisse
Die Entdeckung zeigt den Wert des Missionsdesigns von CHEOPS. Im Gegensatz zu planetensuchenden Teleskopen wie TESS oder Kepler, die große Himmelsbereiche nach neuen Durchgangssignalen absuchen, konzentriert sich CHEOPS auf einzelne bekannte Systeme, um äußerst präzise Daten zu sammeln. Dieser gezielte Ansatz ermöglicht es ihm, subtile Signale zu erkennen, die breitere Durchmusterungen möglicherweise übersehen würden.
Seit seinem Start im Dezember 2019 hat CHEOPS zu Dutzenden von Exoplanetenentdeckungen und -charakterisierungen beigetragen. Die Mission war ursprünglich für eine Betriebsdauer von 3,5 Jahren geplant, wurde aber aufgrund ihrer anhaltenden Produktivität zweimal verlängert. Die Fähigkeit des Satelliten, eine fotometrische Genauigkeit von besser als 20 Teilen pro Million zu erreichen, hat ihn für die Exoplanetenforschung unverzichtbar gemacht.
Umschreiben der Regeln der Planetenentstehung
Die Entdeckung von LHS 1903 kommt zu einem entscheidenden Moment in der Exoplanetenforschung. Mit mehr als 5.700 bekannten bestätigten Exoplaneten und Tausenden weiteren Kandidaten, die auf Bestätigung warten, haben Forscher genug Daten, um systematische Muster und systematische Fehler in ihren theoretischen Modellen zu identifizieren.
Das entstehende Bild deutet darauf hin, dass die Planetenentstehung viel vielfältiger ist, als die Modelle, die auf unserem einzelnen Sonnensystem-Beispiel trainiert wurden, vorhergesagt haben. Planeten können offenbar in Konfigurationen entstehen, die unmöglich sein sollten, in Umlaufbahnen überleben, die instabil sein sollten, und sich in Architekturen organisieren, die mathematischen Rahmenwerken trotzen.
Künftige Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop könnten helfen, das Rätsel zu lösen, indem sie die Atmosphären und Massen der Planeten von LHS 1903 im Detail messen und kritische Daten zum Verständnis bereitstellen, wie dieses scheinbar unmögliche System seine Stabilität aufrechterhält. Das Universum, wie es scheint, hat mehr Wege, um Planetensysteme zu bauen, als menschliche Vorstellungen bislang erfunden haben.
Dieser Artikel basiert auf Berichten von Universe Today. Lesen Sie den Originalartikel.
