Zwei der Exoplaneten mit der geringsten jemals aufgezeichneten Dichte wurden entdeckt, die einen Stern umkreisen, der etwa 1110 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Diese Himmelskörper mit den Namen TOI-791b und TOI-791c haben ein Volumen, das mit dem von Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems, vergleichbar ist, weisen jedoch eine so überraschend geringe Dichte auf, dass sie leichter als Zuckerwatte sind. Die Enthüllung dieser Entdeckung, angeführt von einer internationalen Gruppe von Wissenschaftlern, wurde in der Zeitschrift *Monthly Notices of the Royal Astronomical Society* ausführlich beschrieben.
Die Seltenheit von „super aufgeblähten“ Menschen im Universum
Diese Welten gehören zu einer ungewöhnlichen Klassifizierung von Planeten, die als „Super-Puff“- oder „Super-Puff“-Planeten bekannt sind. Sie zeichnen sich durch ihr riesiges Volumen und ihre überraschend geringe Masse aus, was sie zu einem Rätsel für aktuelle Modelle der Planetenentstehung macht. Vor dieser Entdeckung waren nur vier Exemplare dieser Kategorie bekannt, was die Identifizierung zweier neuer Exemplare im selben Sternensystem zu einem Ereignis von großer Bedeutung für die Astrophysik machte.
Einzigartige Eigenschaften der neuen Exoplaneten TOI-791b und TOI-791c
Messungen zeigen, dass TOI-791b eine Dichte von nur 0,038 Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³) hat, während TOI-791c 0,047 g/cm³ anzeigt. Um die Einzigartigkeit dieser Werte zu veranschaulichen, lohnt sich ein Vergleich: Die durchschnittliche Dichte der Erde beträgt 5,5 g/cm³, die des Gasriesen Jupiter 1,33 g/cm³. Dieser kolossale Unterschied deutet auf eine Zusammensetzung und innere Struktur hin, die sich radikal von den Planeten unterscheidet, mit denen wir besser vertraut sind.
Der Astrophysiker George Dransfield, Hauptautor der Forschung, betonte die Bedeutung dieser Identifizierung. „Bis jetzt kannten wir nur wenige dieser extrem aufgeblähten Planeten. Es ist außergewöhnlich, zwei weitere zu finden, und zwar im selben System“, sagte er in einer Erklärung. Die extrem geringe Dichte dieser Körper macht sie zu vorrangigen Zielen für zukünftige Forschungen mit dem Ziel, die komplexen Prozesse zu entschlüsseln, wie Planetensysteme entstehen und sich im Laufe der Zeit entwickeln.
Herausforderungen für Planetenentstehungsmodelle
Die Existenz so großer und leichter Planeten wie TOI-791b und TOI-791c stellt eine große Herausforderung für die vorherrschenden Theorien über die Entstehung riesiger Welten dar. Die am meisten akzeptierten Modelle, wie etwa die Kernakkretion, legen nahe, dass sich Gasplaneten aus einem festen Gesteinskern bilden, der bei Erreichen einer ausreichenden Masse beginnt, große Mengen Gas aus seiner protoplanetaren Scheibe anzuziehen. Damit diese Planeten jedoch eine derart geringe Dichte aufweisen, wäre ein Entstehungsprozess oder eine atmosphärische Zusammensetzung erforderlich, die noch nicht vollständig verstanden ist.
Wissenschaftler spekulieren, dass die Atmosphäre dieser „Super-Sweller“ aus extrem leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium bestehen könnte, möglicherweise mit einer kleinen Menge schwererer Elemente, oder dass sie sich unter ganz bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen gebildet haben, die diese Expansion ermöglichten. Die Strahlung des Muttersterns kann auch eine entscheidende Rolle beim „Aufblasen“ ihrer Atmosphäre spielen. Weitere Untersuchungen dieser Exoplaneten könnten eine Überarbeitung oder Hinzufügung neuer Mechanismen zu aktuellen Modellen der Planetenentwicklung erzwingen.
Die Rolle des TESS-Weltraumteleskops bei der Entdeckung
Die Entdeckung wurde dank des Transiting Exoplanet Survey (TESS)-Weltraumteleskops der NASA ermöglicht. TESS wurde 2018 ins Leben gerufen und ist ein Weltraumobservatorium, das mithilfe der Transitmethode nach Exoplaneten sucht. Dabei erkennt es kleine Helligkeitsabfälle eines Sterns, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht. Seine Fähigkeit, große Bereiche des Himmels über lange Zeiträume zu überwachen, war entscheidend für die Identifizierung Tausender Exoplaneten-Kandidaten, darunter seltene „Super-Puffs“.
Die Überwachung von TESS-Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen und anderen Weltrauminstrumenten ist unerlässlich, um die Natur von Exoplaneten zu bestätigen und ihre Eigenschaften wie Masse, Radius und Dichte zu charakterisieren. Im Fall von TOI-791b und TOI-791c ermöglichte die Kombination von Transitdaten mit Radialgeschwindigkeitsmessungen den Forschern die Berechnung ihrer Massen und damit ihrer überraschend geringen Dichten.