Doppeltes Duo: Im Sternbild Großer Bär haben Astronomen eines der seltenen hierarchischen Planetensysteme entdeckt. In diesem umkreist ein elf Jupitermassen schwerer Gasriese seinen Stern und einen Innenplaneten in großem Abstand – dadurch besteht das System aus einem inneren Paar, mit dem der Außenplanet ein übergeordnetes Paar bildet. Eine solche hierarchische Konstellation ist rar, liefert aber wertvolle Einblicke in die Entwicklung und Dynamik von extrasolaren Gasriesen, wie die Forscher in „Astronomy & Astrophysics“ berichten.
Was bestimmt, wie ein Planetensystem aufgebaut ist? Bisher ist dies erst in Teilen geklärt. So liegen in unserem Sonnensystem die kleineren Gesteinsplaneten innen, die große Gasriesen hingegen im Außenbereich des Planetensystems. Doch es gibt auch Systeme, die nur aus fast gleichgroßen Planeten eines Typs bestehen wie bei TRAPPPIST-1, oder in denen die Reihung genau umgekehrt ist. Noch extremer sind Planetensysteme, bei denen große Gasriesen ganz eng um den Stern kreisen – obwohl sie dort nicht entstanden sein können.
Verborgenes Schwergewicht auf der Außenbahn
Eine weitere seltenen Planetensystem-Variante haben nun Astronomen um Gracjan Maciejewski von der Nicolaus Copernicus Universität im polnischen Torun entdeckt. Für ihre Studie waren sie einer schleichenden Verschiebung nachgegangen, die sich in Beobachtungen des Systems HD 118203 zeigte. Dabei handelt es sich um einen hellen, sonnenähnlichen Stern im Sternbild Großer Bär, der von einem rund zwei Jupitermassen schweren Gasriesen eng umkreist wird – das war bereits bekannt.
Doch wie nun nähere Analysen des Lichtspektrums dieses Stern-Planet-Paares enthüllten, sind die beiden nicht allein: Beobachtungen mit dem Neun-Meter-Spiegel des Hobby-Eberly Telescope in Texas sowie dem Telescopio Nazionale Galileo auf den Kanaren enthüllten subtile Schwankungen, die auf einen weiteren Planeten im System hindeuteten. „Es handelt sich hierbei um einen extrem massereichen Exoplaneten – er hat die elffache Masse des Jupiter“, berichtet Maciejewski. Der HD 118203c getaufte Exoplanet liegt damit nahe an der Grenze zum Braunen Zwerg.
Im Paar mit einem Paar
Ungewöhnlich ist jedoch der Orbit des neu entdeckten Super-Jupiter. Zum einen umkreist er den Stern und den inneren Planeten in einem relativ weiten elliptischen Orbit: Er benötigt rund 14 Jahre für einen Umlauf, weshalb sein Signal im Lichtspektrum auch so schwer zu deuten war, wie die Astronomen erklären. Sie benötigten insgesamt rund 15 Jahre der Beobachtungen, um dem Exoplaneten auf die Schliche zu kommen.
Zusätzlich bilden die beiden Planeten und ihr Stern durch ihre Konfiguration ein hierarchisches System: „Dabei bildet ein Planet ein enges Paar mit seinem Stern und ein zweiter Planet umkreist beide weit genug entfernt, um quasi ein Paar mit diesem Duo zu bilden“, erklärt Maciejewskis Kollege Krzysztof Goździewski. Bisher seien erst rund ein Dutzend solcher hierarchischen Planetensysteme bekannt.
Einblicke in Gasriesen-Wanderung
Der neu entdeckte Exoplanet und sein hierarchisches System liefern den Astronomen wertvolle Einblicke darin, wie sich Gasriesen und ihre Orbits entwickeln. Denn gängiger Theorie nach bilden sich solche großen Gasplaneten nur im kalten Außenbereich protoplanetarer Scheiben. Meist bleiben sie jedoch nicht dort, sondern driften weiter nach innen. Dabei wird ihre Bahn zunächst stark exzentrisch, bevor sie sich im neuen Abstand um den Stern einpendelt und wieder kreisförmiger wird.
Einige der nach innen driftenden Gasriesen werden dann zu heißen Jupitern, die ihre Sterne eng umkreisen. Doch wie diese Planetenwanderung im Einzelnen vonstattengeht und warum nicht alle Gasriesen sie durchlaufen, ist bisher unklar. Genau dies macht auch hierarchische System wie HD 118203 so interessant: In ihm vollzog offenbar einer der beiden Gasriesen den extremsten Fall einer Innenwanderung und wurde zum heißen Jupiter, der zweite stoppte die Innendrift jedoch frühzeitig und blieb auf einer Außenbahn um den Stern.
„Das wirft die Frage auf, wie solche planetaren Konfigurationen entstehen“, sagt Maciejewski. „Aus unserer Perspektive – als Bewohnern des Sonnensystems – erscheinen solche Planetensysteme ziemlich exotisch. Dennoch sind sie wichtig, um auch zu verstehen, was uns unserem eigenen astronomischen Vorgarten, dem Sonnensystem, einst geschah.“ (Astronomy and Astrophysics, 2024; doi: 10.1051/0004-6361/202451084)
Quelle: Nicolaus Copernicus University in Torun
