Entdeckung eines sehr dünnen „Zuckerwatte“-Exoplaneten schockiert Wissenschaftler – „Wir können nicht erklären, wie dieser Planet entstand“

Astronomen haben einen massereichen Planeten mit geringer Dichte namens WASP-193b entdeckt, der 50 % größer als unser Planet ist. der Jupiter Aber es hat eine ähnliche Dichte wie Zuckerwatte. Diese Entdeckung stellt aktuelle Theorien zur Planetenentstehung in Frage, da Wissenschaftler nicht erklären können, wie ein solcher Planet entstehen würde.

Astronomen haben einen riesigen, flauschigen außerirdischen Planetenball entdeckt, der einen entfernten Stern in unserer Galaxie umkreist Milchstraße Galaxis. Über die Entdeckung wurde am 14. Mai in der Zeitschrift berichtet Naturastronomie Von Forschern aus Massachusetts Institute of TechnologyDie Entdeckung, die an der Universität Lüttich in Belgien und anderswo gemacht wurde, ist ein vielversprechender Schlüssel zum Geheimnis der Entstehung dieser ultraleichten Riesenplaneten.

Der neue Planet namens WASP-193b scheint ein Zwerg von der Größe Jupiters zu sein, doch seine Dichte beträgt nur einen Bruchteil seiner Dichte. Wissenschaftler fanden heraus, dass der Gasriese 50 % größer als Jupiter und etwa ein Zehntel so dicht ist, was sehr gering ist, ähnlich der Dichte von Zuckerwatte.

WASP-193b ist nach dem kleinsten der zweitleichteste Planet, der bisher entdeckt wurde. Neptun-Wie die Welt, Kepler 51d. Die viel größere Größe des neuen Planeten in Kombination mit seiner extrem geringen Dichte machen WASP-193b zu einem Ausreißer unter den mehr als 5.400 bisher entdeckten Planeten.

„Es ist wirklich sehr selten, diese riesigen Objekte mit so geringer Dichte zu finden“, sagt Khaled Al-Barqawi, Hauptautor der Studie und Postdoktorand am MIT. „Es gibt eine Klasse von Planeten, die geschwollene Jupiter genannt werden, und es ist seit 15 Jahren ein Rätsel, was sie sind. Dies ist ein extremer Fall dieser Klasse.

„Wir wissen nicht, wo wir diesen Planeten in all den Entstehungstheorien, die wir derzeit haben, einordnen sollen, weil er in allen eine Anomalie darstellt“, fügt Co-Hauptautor Francisco Pozuelos, ein leitender Forscher am Institut für Astrophysik in Andalusien, hinzu. In Spanien. „Wir können anhand klassischer Evolutionsmodelle nicht erklären, wie sich dieser Planet gebildet hat. Wenn wir uns seine Atmosphäre genau ansehen, können wir einen Entwicklungspfad für diesen Planeten ermitteln.“

Zu den Co-Autoren der MIT-Studie gehören Julian de Wit, Assistenzprofessor am Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, und Artem Burdanov, Postdoktorand am MIT, sowie Mitarbeiter mehrerer Institutionen in ganz Europa.

Künstlerische Darstellung des WASP-193b-Systems. Bildnachweis: Universität Lüttich

„Interessante Entwicklung“

Der neue Planet wurde ursprünglich vom Wide Angle Search for Planets Project (WASP) entdeckt, einer internationalen Zusammenarbeit zwischen akademischen Institutionen, die gemeinsam zwei Roboterobservatorien betreiben, eines auf der Nordhalbkugel und eines auf der Südhalbkugel. Jedes Observatorium nutzt eine Reihe von Weitwinkelkameras, um die Helligkeit Tausender einzelner Sterne am gesamten Himmel zu messen.

In Untersuchungen, die zwischen 2006 und 2008 und erneut von 2011 bis 2012 durchgeführt wurden, entdeckte das WASP-South Observatory periodische Transite oder Lichteinbrüche von WASP-193, einem hellen, sonnenähnlichen Stern, der 1.232 Lichtjahre von der Erde entfernt ist . Astronomen stellten fest, dass die periodischen Einbrüche in der Helligkeit des Sterns damit vereinbar waren, dass ein Planet den Stern umkreiste und alle 6,25 Tage sein Licht blockierte. Wissenschaftler maßen die Gesamtmenge an Licht, die der Planet bei jedem Transit blockierte, und gaben ihnen eine Schätzung der Größe des Riesenplaneten, etwa der Größe eines Superjupiters.

Als nächstes versuchten die Astronomen, die Masse des Planeten zu bestimmen, ein Maß, das dann seine Dichte und vielleicht auch Hinweise auf seine Zusammensetzung liefern würde. Um eine Massenschätzung zu erhalten, verwenden Astronomen typischerweise die Radialgeschwindigkeit, eine Technik, mit der Wissenschaftler das Spektrum des Sterns oder verschiedene Lichtwellenlängen analysieren, während der Planet den Stern umkreist. Das Spektrum eines Sterns kann sich auf bestimmte Weise ändern, je nachdem, was den Stern anzieht, beispielsweise den Planeten, den er umkreist. Je massereicher ein Planet ist und je näher er an seinem Stern ist, desto stärker verschiebt sich sein Spektrum – eine Verzerrung, die Wissenschaftlern eine Vorstellung von der Masse des Planeten geben kann.

Für WASP-193 b erhielten Astronomen zusätzliche hochauflösende Spektren des Sterns, die von verschiedenen bodengestützten Teleskopen aufgenommen wurden, und versuchten, die Radialgeschwindigkeit zur Berechnung der Masse des Planeten zu nutzen. Aber es war immer wieder leer, gerade weil der Planet, wie sich herausstellte, zu hell war, um auf seinem Stern entdeckt zu werden.

„Große Planeten sind normalerweise sehr leicht zu erkennen, da sie normalerweise massereich sind und einen großen Einfluss auf ihren Stern haben“, erklärt De Wit. „Aber das Schwierige an diesem Planeten war, dass er zwar riesig war, aber seine Masse und Dichte so gering waren, dass es sehr schwierig war, ihn allein mit der Radialgeschwindigkeitstechnik zu entdecken. Es war eine interessante Entwicklung.“

„[WASP-193b] „Es ist so mild, dass es vier Jahre gedauert hat, Daten zu sammeln und zu zeigen, dass es ein Massensignal gab, aber es ist eigentlich sehr klein“, sagt Barqawi.

„Anfangs erhielten wir sehr niedrige Dichten, und das war zunächst kaum zu glauben“, fügt Buzuelos hinzu. „Wir haben den Prozess der Analyse aller Daten mehrmals wiederholt, um sicherzustellen, dass dies die wahre Dichte des Planeten ist, weil er so selten ist.“

Eine aufgeblasene Welt

Letztendlich bestätigte das Team, dass der Planet tatsächlich sehr leicht war. Sie berechneten, dass seine Masse etwa 0,14 der Masse des Jupiters entsprach. Seine aus seiner Masse abgeleitete Dichte betrug etwa 0,059 Gramm pro Kubikzentimeter. Im Gegensatz dazu beträgt das Gewicht des Jupiter etwa 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter; Die Erde ist 5,51 Gramm pro Kubikzentimeter größer. Die Substanz, die der Dichte des neuen Puffplaneten am nächsten kommt, ist möglicherweise Zuckerwatte mit einer Dichte von etwa 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter.

„Der Planet ist so leicht, dass man sich kaum vergleichbare feste Materie vorstellen kann“, sagt Barqawi. „Der Grund dafür, dass es Zuckerwatte ähnelt, liegt darin, dass beide hauptsächlich aus leichten Gasen und nicht aus Feststoffen bestehen. Der Planet ist im Grunde sehr dünn.“

Forscher vermuten, dass der neue Planet wie die meisten anderen Gasriesen in der Galaxie hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Bei WASP-193b bilden diese Gase wahrscheinlich eine extrem bauschige Atmosphäre, die sich Zehntausende Kilometer über die Jupiteratmosphäre hinaus erstreckt. Wie sich ein Planet so stark aufblähen und dennoch eine so extreme Lichtdichte aufrechterhalten kann, ist eine Frage, die noch keine bestehende Theorie der Planetenentstehung beantworten kann.

Um ein besseres Bild der neuen dünnen Welt zu erhalten, plant das Team, mithilfe einer zuvor entwickelten D-Wit-Technik zunächst bestimmte Eigenschaften der Planetenatmosphäre abzuleiten, wie etwa ihre Temperatur, Zusammensetzung und ihren Druck in verschiedenen Tiefen. Diese Eigenschaften können dann verwendet werden, um die Masse des Planeten genau zu berechnen. Derzeit sieht das Team WASP-193b als idealen Kandidaten für Folgestudien durch Observatorien wie WASP-193b James Webb-Weltraumteleskop.

„Je größer die Atmosphäre eines Planeten, desto mehr Licht kann ihn passieren“, sagt de Wit. „Dieser Planet ist also eindeutig eines der besten Ziele, die wir haben, um atmosphärische Effekte zu untersuchen. Er wird als Rosetta-Stein für den Versuch dienen, das Rätsel der prall gefüllten Jupiter zu lösen.“

Referenz: „Eine ausgedehnte Atmosphäre geringer Dichte um den jupitergroßen Planeten WASP-193 b“ von Khaled Al-Barqawi, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audry, Mathilde Timmermans, Amaury H. M. G. Triode und Richard G. West, 14. Mai 2024, Naturastronomie.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Diese Forschung wurde teilweise von der University Association und dem UK Science and Technology Facilities Council für WASP finanziert; Europäischer Forschungsrat; Union Wallonien-Brüssel; und die Heising-Simons Foundation, Colin und Leslie Masson und Peter A. Gilman, die Artemis und andere SPECULOOS-Teleskope unterstützen.