Spektakuläre Aufnahme: Astronomen ist es gelungen, einen der jüngsten und kleinsten je beobachteten Exoplaneten zu fotografieren. Der rund 400 Lichtjahre entfernte Planet 2M0437b ist weniger als 2,5 Millionen Jahre alt, strahlt noch die Hitze seines Anfangs aus und ist drei-bis fünfmal so massereich wie Jupiter. Das Merkwürdige daran: Er kreist so weit außen um seinen Stern, dass er nach keinem der gängigen Planetenbildungs-Modelle entstanden sein kann.
Obwohl Astronomen schon tausende von Exoplaneten entdeckt haben, ist die Beobachtung von gerade erst entstehenden oder sehr jungen Planeten eine Rarität. Zwar wurden schon häufiger verräterische Lücken in protoplanetaren Staubscheiben entdeckt, die auf einen sich bildenden Planeten hindeuten, direkte Abbildungen dieser Planetenembryos gibt es aber nur sehr wenige. Meist sind diese Jungplaneten nur sichtbar, weil sie mit weit mehr als sechs Jupitermassen besonders groß und schwer sind.
Neuer Blick auf einen roten Winzling
Jetzt ist Astronomen um Eric Gaidos von der University of Hawaii in Manoa gelungen, einen der bisher kleinsten und jüngsten Exoplaneten abzubilden. Der Exoplanet kreist um einen 417 Lichtjahre entfernten Roten Zwerg in der Taurus-Sternbildungsregion. Der 2018 entdeckte Stern 2M0437 ist ein Winzling von weniger als 0,2 Sonnenmassen und selbst erst rund 2,5 Millionen Jahre alt. Schon in ersten Beobachtungen fiel ein periodisches Abdimmen dieses Sterns auf.
Auf der Suche nach der Ursache dieser regelmäßigen Abdunklung haben nun Gaidos und sein Team den Stern und seine Umgebung mit den leistungsstarken Infrarot-Teleskopen des W. M. Keck Observatory auf dem Mauna Kea untersucht. Die Aufnahmen ergaben, dass der junge Stern wie zuvor angenommen, keine protoplanetare Scheibe mehr besitzt – die kann daher die Abdunklung nicht erklären.
Infrarotleuchten eines Jungplaneten
Stattdessen entdeckten die Astronomen etwas anderes: Rund 100 astronomische Einheiten vom Stern entfernt – und damit extrem weit außen – kreist ein sehr junger Planet. „Dank der hervorragenden Daten des Keck-Observatoriums konnten wir nachweisen, dass sich dieser schwach leuchtende Nachbar zusammen mit dem Stern durchs All bewegt und daher ein echter Trabant ist“, erklärt Koautor Adam Kraus von der University of Texas in Austin.
Der 2M0437b getaufte Exoplanet ist drei bis fünf Jupitermassen schwer und für einen Planeten noch sehr heiß: Mit 1.120 bis 1.220 Grad Oberflächentemperatur strahlt der Himmelskörper noch eine starke Anfangshitze aus und war daher im Infrarotlicht gut erkennbar. Weil sein Zentralstern auch erst 2,5 Millionen Jahre jung ist, kann dieser Planet nicht älter sein – und ist höchstwahrscheinlich deutlich jünger, wie das Team erklärt.
Der jüngste und kleinste unter den direkt sichtbaren Exoplaneten
Das aber bedeutet: Der Jungplanet 2M0437b ist der bisher kleinste in diesem frühen Stadium direkt abgebildete Exoplanet. „Es gibt bisher nur vier direkt abgebildete Jungplaneten, deren Massen vergleichbar oder geringer sind als die von 2M0437b – und alle vier sind älter“, schreiben die Astronomen. „Diese Entdeckung ist ein echter Glücksfall und erweitert die elitäre Liste der wenigen Exoplaneten, die wir direkt mit unseren Teleskopen beobachten können“, ergänzt Gaidos.
Die Tatsache, dass dieser junge Exoplanet direkt mit Infrarot-Teleskopen beobachtbar ist, eröffnet die Chance, mehr über seine Zusammensetzung und Geschichte zu erfahren. „Indem wir das Licht von diesem Planeten analysieren, können wir etwas über seine Zusammensetzung erfahren und vielleicht auch, wo und wie er sich in der lange verschwundenen Gas- und Staubscheibe um seinen Zentralstern bildete“, sagt Gaidos.
Passt zu keiner der Planetenbildungs-Theorien
Doch mit seinem geringen Alter wirft der neuentdeckte Jungplanet auch einige Fragen auf. „Er ist eine Herausforderung für beide führenden Theorien zur Planetenbildung„, erklären die Forscher. Denn es braucht mehrere Millionen Jahre, bis der Kern eines Planeten durch allmähliche Akkretion immer größerer Brocken so weit heranwächst, dass er Gas binden kann und zum Gasriesen wird. Je weiter außen in der protoplanetaren Scheibe ein solcher Planet liegt, desto länger braucht die Akkretion, weil das Material dort dünner gesät ist.
Mit einem Abstand von rund 100 astronomischen Einheiten zu seinem Stern dürfte es 2M0437b demnach noch gar nicht geben – 2,5 Millionen Jahre wären zu kurz, um drei bis fünf Jupitermassen anzusammeln. Aber auch die zweite Theorie, die Planetenbildung durch einen lokalen Kollaps der Urwolke, passt nicht ins Bild. Denn sie geht zwar sehr schnell, erfordert aber eine relativ massereiche Staub- und Gasscheibe.
Der Zentralstern des Jungplaneten 2M0437b ist aber selbst so massearm, dass dies unwahrscheinlich erscheint, wie Gaidos und seine Kollegen erklären: „Das Massenverhältnis würde bedeuten, dass ein ungewöhnlich großer Teil der Scheibenmasse in diesem Planeten endete.“ Wie dieser junge Planet entstand, ist demnach noch rätselhaft. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, accepted; arXiv:2110.08655)
Quelle: W. M. Keck Observatory
