Verblüffende Größenlücke bei Exoplaneten

Überraschender Fund: Unsere Galaxie scheint bevorzugt zwei Sorten von Exoplaneten zu produzieren: steinige Supererden und gasreiche Mini-Neptune. Die Zwischengröße jedoch ist kaum vertreten, wie Astronomen jetzt entdeckt haben. Warum es diese Größenlücke bei den Exoplaneten gibt, ist noch unklar. Ebenso, warum unser Sonnensystem weder Supererden noch Mini-Neptune besitzt.

Exoplaneten gibt es in allen Varianten – so dachte man jedenfalls bisher. Unter den bisherigen Entdeckungen sind viele steinige Supererden und Erdzwillinge wie um den Stern TRAPPIST-1 oder unseren Nachbarstern Proxima Centauri B. Außerdem gibt es viele jupitergroße Gasriesen, aber auch kleinere Gasplaneten von der Größe des Neptun.

Überraschende Größenlücke

Doch wie sich jetzt zeigt, ist das Exoplanetenspektrum unserer Galaxie weniger vollständig als bisher angenommen. Das haben Benjamin Fulton vom California Institute of Technology (Caltech) und seine Kollegen entdeckt, als sie rund 2.000 Sterne mit bekannten Exoplaneten erneut analysierten. Sie nutzten das Keck-Teleskop auf Hawaii, um anhand des Lichtspektrums beim Transit die Größe der Planeten viermal genauer zu bestimmen als bislang möglich.

Dabei entdeckten die Astronomen Überraschendes: Sie fanden viele steinige Supererden von bis zu 1,75 Erdradien und viele gasreiche Mini-Neptune von zwei bis 3,5-facher Erdradien – aber kaum einen Planeten dazwischen. Offenbar hat unsere Galaxie bei den kleineren Planeten eine starke Vorliebe für diese beiden getrennten Klassen.

Größenverteilung bei Kepler-Exoplaneten - es klafft eine Lücke (Planetenzahl pro 100 Sterne, Planetengröße in Bezug auf Erde) © NASA/Ames/Caltech/University of Hawaii (B. J. Fulton)

„Das ist eine fundamentale Teilung im Stammbaum der Planeten“, sagt Fulton. „Analog zur Entdeckung von Biologen, dass Säugetiere und Reptilien verschiedenen Zweige am Stammbaum des Lebens bilden.“ Im Kosmos ist neben dem Ast der jupitergroßen Gasriesen demnach der Ast der kleineren Planeten klar zweigeteilt.

Zwei mögliche Szenarien

Aber warum? Wie die Astronomen erklären, gäbe es zwei Szenarien, die die rätselhafte Größenlücke bei den Exoplaneten erklären könnten. So könnten einige Supererde es irgendwie schaffen, genügend Wasserstoff und Helium an sich zu ziehen, um die Lücke zu überspringen und zu einem gasreichen Mini-Neptun zu werden. „Diese Planeten sind wie Felsbrocken mit einem großen Gasballon um sich herum“, erklärt Koautor Andrew Howard vom Caltech.

Eine andere Möglichkeit wäre, dass die Zwischengröße – eine Supererde mit nur ein wenig Gas – nicht stabil ist. „Wenn ein Planet es schafft, die richtige Menge Gas anzusammeln, um in der Lücke zu landen, dann könnte dieses Gas beispielsweise durch die Strahlung des Sterns wieder weggerissen werden“, erklärt Howard. „Beide Szenarien könnten die von uns beobachtete Größenlücke erklären.“ Welches jedoch zutrifft, ist bisher offen.

Familienstammbaum der Exoplaneten: Neben Gasriesen gibt es zwei getrennte Klassen kleinerern Planeten © NASA/Kepler/ Caltech (R. Hurt)

Warum hat das Sonnensystem keine Supererde?

Und noch etwas ist verblüffend: „Eine der großen Überraschungen von Kepler ist, dass nahezu jeder Stern mindestens einen Planeten größer als die Erde, aber kleiner als Neptun besitzt“, sagt Koautor Erik Petigura vom Caltech. Nicht aber unsere Sonne: Im Sonnensystem fehlen Vertreter dieser Planetengröße völlig. Es gibt weder Supererden noch Mini-Neptune. Stattdessen sind alle Planeten entweder kleiner als die Erde oder größer als der Neptun.

Eine eindeutige Erklärung haben die Astronomen dafür bisher nicht – auch, weil bisher zu wenig über die Zusammensetzung und Entstehung der Mini-Neptune bekannt ist. „Wir möchten wirklich gerne wissen, wie diese mysteriösen Planeten beschaffen sind und warum wir sie nicht auch in unserem eigenen Sonnensystem haben“, sagt Petigura.

Möglicherweise werden weitere Exoplaneten-Planeten eine Antwort darauf liefern. In der Zwischenzeit hat das Kepler-Weltraumteleskop bereits 219 weitere Exoplaneten-Kandidaten entdeckt, wie die NASA mitteilt. Darunter sind auch zehn etwa erdgroße Planeten, die in der habitablen Zone ihres Sterns kreisen und ein Mini-Planetensystem aus drei kleinen, heißen Gesteinsplaneten um einen Roten Zwerg. (The Astronomical Journal, in press; arXiv:1703.10375)

(California Institute of Technology/ NASA, 20.06.2017 – NPO)