Die Fahndung läuft: Während weltweit Astronomen fieberhaft nach dem möglichen neunten Planeten unseres Sonnensystems suchen, haben Forscher mehr über dessen Aussehen herausgefunden. Ihren Simulationen nach müsste Planet 9 ein Eisriese sein, der nur wenig kleiner ist als der Neptun. Er könnte zudem 37 Kelvin wärmer sein als seine kosmische Umgebung – und daher im fernen Infrarotbereich sichtbar werden.
Im Januar 2016 sorgte die Meldung eines möglichen neunten Planeten im Sonnensystem für eine Sensation. Demnach könnte es weit jenseits des Neptun noch einen weiteren Planeten von etwa der zehnfachen Erdmasse geben. Seine Umlaufbahn ist, sollte er tatsächlich existieren, stark exzentrisch und reicht bis zu 700 astronomische Einheiten weit ins All hinaus.
Esther Linder und Christoph Mordasini von der Universität Bern haben nun in Simulationen untersucht, wie dieser Planet 9 aussehen könnte und ob man ihn mit gängigen Teleskopen aufspüren könnte. Für ihre Studie fütterten sie ein Computermodell der Planetenentwicklung mit dem möglichen Ausgangszustand des Sonnensystems mitsamt einem neunten Planeten.
Struktur eines Eisriesen
Für ihre Simulation gingen die Forscher von einem Planet 9 aus, der die zehnfache Erdmasse besitzt und einer etwas kleineren Version der Eisriesen Uranus und Neptun ähnelt. „Basierend auf der wahrscheinlichen Masse des Planeten und der typischen Masse-Radius-Relation gehen wir davon aus, dass Planet 9 die gleiche Grundstruktur wie diese beiden Planeten besitzt“, so Linder und Mordasini.
Wie die beiden Eisriesen besitzt Planet 9 demnach einen Kern, der gut 80 Prozent seiner Masse ausmacht. Dieser besteht zu knapp 17 Prozent aus Eisen, zu einem Drittel aus Silikatgestein und zur Hälfte aus Wassereis – wobei das Eisen wie bei der Erde und anderen Planeten auch wahrscheinlich den innersten Kern bildet. Die äußere Eisschicht ist von einer Gashülle aus Wasserstoff und Helium umgeben.
Cousin des Neptun
Spannend für die Suche nach dem neunten Planeten ist nun, wie sich dieser urzeitliche Eisriese seit der Frühzeit des Sonnensystems entwickelt hat – denn in den gut 4,5 Milliarden Jahre seit Entstehung der Planeten haben sich vor allem Temperatur und Größe verändert. „Unser Modell der Planetenentwicklung berechnet daher die thermodynamische Evolution von planetaren Merkmalen wie dem Radius oder der Helligkeit“, erklären die Forscher.
Das Ergebnis: Planet 9 könnte heute etwa eine Größe von 3,7 Erdradien besitzen – das entspricht einem Durchmesser von rund 46.600 Kilometern. Der neunte Planet wäre damit nur wenig kleiner als der 49.528 Kilometer große Neptun. Die Leuchtkraft von Planet 9 wäre ebenfalls geringer: „Seine aktuelle intrinsische Leuchtkraft liegt bei 0,006“, so die Astronomen. „Zum Vergleich: Beim Neptun sind es 0,01.“
Wärmer als seine Umgebung
Diese Leuchtkraft bedeutet jedoch nicht, dass Planet 9 Licht aussendet. Stattdessen gibt er diese Energie in Form von Wärmestrahlung ab, die er beim Abkühlen seines Kerns freisetzt. Wie die Forscher errechneten, müsste die Temperatur des Planeten bei rund 47 Kelvin liegen – minus 226 Grad Celsius. Das klingt zwar extrem kalt, ist aber deutlich wärmer als seine kosmische Umgebung, die nur 10 Kelvin hat.
„Das Energie-Budget dieses Planeten ist demnach von seinem inneren Wärmefluss dominiert“, erklären die Astronomen. Aus diesem Energiefluss schließen sie, dass der Planet im Fern-Infrarot bei einer Wellenlänge von rund 62 Mikrometern am hellsten strahlen könnte. Das ist ein wichtiger Hinweis dafür, wie und wo man am besten nach Planet 9 sucht.
Welches Teleskop könnte ihn finden?
Mit welchem Teleskop könnte man den bisher vergeblich gesuchten Planeten finden? Auch diese Frage haben Linder und Mordasini in ihrer Studie untersucht. Demnach waren die meisten bisherigen Himmelsdurchmusterungen nicht lichtempfindlich genug, um Planet 9 aufzuspüren – oder sie fahndeten schlicht im falschen Himmelsauschnitt.
„Die bisher ergebnislose Suche passt sehr gut zu den von uns ermittelten Eigenschaften von Planet 9 – vor allem wenn er sich gerade am sonnenfernsten Punkt seiner Bahn aufhält“, konstatieren die Astronomen. Selbst das Infrarot-Weltraumteleskop WISE sei nicht sensibel genug, um einen Planeten dieser Größe in einer solchen Entfernung Entfernung zu finden.
Größere Chancen auf eine Entdeckung von Planet 9 sehen die beiden Astronomen dagegen bei einer gezielten Fahndung sowie mit künftigen Teleskopen wie dem bereits im Bau befindlichen Large Synoptic Survey Telescope (LSST) in Chile. „Das sind spannende Aussichten“, sagen sie. (Astronomy & Astrophysics, in press; doi: 10.1051/0004-6361/201628350)
(Universität Bern, 08.04.2016 – NPO)
