Astronomen haben einen Planeten entdeckt, dessen Existenz bisherige Theorien in Frage stellt.

Der Stern TOI-6894 befindet sich etwa 240 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Löwe, ähnelt aber vielen anderen Sternen in unserer Galaxie. Es handelt sich um einen kleinen Roten Zwerg mit einer Masse von nur 20 Prozent unserer Sonne. Daher vermuteten Astronomen nicht, dass er die richtigen Bedingungen für die Entstehung und Existenz eines großen Planeten bieten könnte. Doch das Gegenteil war der Fall. Um diesen winzigen Stern kreist ein Gasriese namens TOI-6894b. Die Ergebnisse der Entdeckung wurden in Nature Astronomy veröffentlicht.

Wissenschaftler auf der Spur von Riesenplaneten

Dieses kosmische Paar widerlegt bestehende Theorien zur Planetenentstehung. Das ungewöhnliche System wurde von einem Wissenschaftlerteam im Rahmen einer groß angelegten Studie von Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) entdeckt. Ziel der von Edward Bryant geleiteten Studie war die Suche nach Riesenplaneten, die massearme Sterne umkreisen.

„Wir hatten nicht erwartet, dass sich Planeten wie TOI-6894b um Sterne mit so geringer Masse bilden. Diese Entdeckung wird ein Meilenstein für das Verständnis der Extreme der Entstehung von Riesenplaneten sein“, sagte Bryant.

Astronomen sagen, sie hätten noch keinen kleineren Stern gefunden, der einen so großen Planeten tragen könnte. TOI-6894b ist ein Gasriese mit geringer Dichte. Sein Radius ist etwas größer als der des Saturns, er besitzt aber nur 50 Prozent der Masse des Planeten. Dr. Vincent Van Eylen vom Mullard Space Science Laboratory am University College London sagte: „Das ist eine faszinierende Entdeckung. Wir verstehen wirklich nicht, wie ein Stern mit so geringer Masse einen so massereichen Planeten bilden kann! Dies ist eines der Ziele der Suche nach weiteren Exoplaneten. Indem wir andere Planetensysteme als unser eigenes Sonnensystem finden, können wir Modelle testen und besser verstehen, wie unser eigenes System entstanden ist.“

Wie könnte der Planet TOI-6894b entstanden sein?

Die gängigste Theorie der Planetenentstehung ist die Kernakkretionstheorie. Sie geht davon aus, dass sich der Kern eines Planeten zunächst durch allmähliche Ansammlung von Material bildet und mit zunehmender Masse Gase anzieht, die eine Atmosphäre bilden. Schließlich ist er groß genug, um Gas anzusammeln und sich schließlich zu einem Gasriesen zu entwickeln. Es ist unwahrscheinlich, dass sich solche Planeten in der Nähe von massearmen Sternen bilden, da die Menge an Gas und Staub in der protoplanetaren Scheibe um diesen Stern (d. h. die zur Bildung eines Planeten benötigte Materialmenge) zu gering ist, um die Bildung eines ausreichend massereichen Kerns zu ermöglichen. Die Existenz von TOI-6894b widerspricht jedoch dieser Theorie und legt nahe, dass das oben beschriebene Modell möglicherweise nicht zutrifft. Daher besteht Bedarf an der Entwicklung alternativer Theorien.

„Angesichts der Masse des Planeten könnte TOI-6894b durch einen intermediären Kernakkretionsprozess entstanden sein, bei dem sich ein Protoplanet bildet und kontinuierlich Gas ansammelt, ohne dass der Kern massiv genug für eine unkontrollierte Gasakkretion wird“, sagte Edward Bryant. „Alternativ könnte er sich durch eine gravitativ instabile Scheibe gebildet haben. In manchen Fällen wird die den Stern umgebende Scheibe aufgrund der von ihr ausgeübten Gravitationskraft instabil. Diese Scheiben können dann auseinanderbrechen, und Gas und Staub kollabieren und bilden den Planeten“, fügte er hinzu.

Das Astronomenteam stellte jedoch fest, dass keine dieser Theorien die Entstehung von TOI-6894b vollständig erklären kann. Der Ursprung dieses Riesenplaneten ist – vorerst – ein Rätsel. Eine Lösung könnte eine detaillierte Atmosphärenanalyse sein. Durch die Messung der Materialverteilung im Inneren des Planeten können Astronomen die Größe und Struktur des Kerns bestimmen. Dies könnte Aufschluss darüber geben, ob TOI-6894b durch Akkretion oder eine instabile Scheibe entstanden ist.

Gasriese überrascht Wissenschaftler

Auch hinsichtlich seiner Bedingungen ist der Planet einzigartig. Die meisten Gasriesen ähneln heißen Jupitern mit Temperaturen von 1.000 bis 2.000 Kelvin. TOI-6894b hingegen hat eine Temperatur von nur 420 Kelvin.

„Aufgrund der Sternstrahlung von TOI-6894b gehen wir davon aus, dass seine Atmosphäre von Methan dominiert wird, das nur sehr selten nachgewiesen wird. Die Temperaturen sind so niedrig, dass atmosphärische Beobachtungen sogar das Vorhandensein von Ammoniak nachweisen könnten. Dies wäre der erste Nachweis in der Atmosphäre eines Exoplaneten. TOI-6894b ist wahrscheinlich ein Modell-Exoplanet für die Untersuchung von Methan-dominierten Atmosphären und bietet das beste „Labor“ für die Untersuchung von Planetenatmosphären mit Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff außerhalb des Sonnensystems“, sagte Amaury Triaud, einer der Forscher.

In den nächsten zwölf Monaten wird das James-Webb-Weltraumteleskop die Atmosphäre des Planeten TOI-6894b beobachten. Die Ergebnisse könnten helfen, die Theorie zur Entstehung des Gasriesen zu klären.