Die Größe, die Gasriesen erreichen können, könnte viel größer sein als bisher angenommen.
Das System HR 8799, das etwa 133 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt, beherbergt vier Gasriesen, deren Massen fünf- bis zehnmal so groß sind wie die des Jupiter. Diese Objekte befinden sich an der unscharfen Grenze zwischen Planeten und Braunen Zwergen, wobei letztere oft als "gescheiterte Sterne" bezeichnet werden. Um diese Welten zu analysieren, nutzten die Forscher das James-Webb-Weltraumteleskop.
Beispiel für einen Braunen Zwerg (SIMP-0136).
Bildnachweis: Evert Nasedkin/Trinity College Dublin
Jahrelang debattierten Wissenschaftler über die Entstehung dieser Riesen. Der Hauptmechanismus, der als Kernakkretion bezeichnet wird, besagt, dass sich zunächst feste Materialien zu einem dichten Kern zusammenballen, der dann Gas anzieht. Allerdings wird allgemein angenommen, dass dieser Prozess in großen Orbitalabständen, wo Materie selten ist, zu langsam sein sollte, um Planeten mit einer so großen Masse zu bilden.
Dank der Infrarotbeobachtungen des JWST konnte die chemische Zusammensetzung der Atmosphären untersucht werden. Das Team interessierte sich nicht für die üblichen Gase, sondern für Moleküle, die Schwefel enthalten, wie Schwefelwasserstoff. Das Vorhandensein dieses Elements in der Atmosphäre von HR 8799 c deutet stark darauf hin, dass der Planet durch Kernakkretion entstanden ist, da Schwefel normalerweise von festen Körnchen in protoplanetaren Scheiben stammt.
Diese Entdeckung zeigt, dass die Kernakkretion sogar bei extrem massereichen und weit entfernten Planeten ablaufen kann, was die traditionelle Unterscheidung zwischen Gasriesen und Braunen Zwergen in Frage stellt. Ein weiterer Hinweis unterstützt diese Idee: Die Planeten von HR 8799 weisen im Vergleich zu ihrem Stern auch eine Anreicherung schwerer Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff auf, was diesen Bildungsweg bestätigt.
Für Jean-Baptiste Ruffio, den Hauptautor der Studie, lässt der Nachweis von Schwefel vermuten, dass sich diese Planeten ähnlich wie Jupiter gebildet haben, trotz ihrer deutlich größeren Masse. Diese in
Nature Astronomy veröffentlichten Ergebnisse könnten dazu führen, die Modelle der Planetenentstehung zu überarbeiten und die Grenzen dessen neu zu definieren, was als Planet gilt.
Die drei inneren Planeten, die den Stern HR 8799 umkreisen, aufgenommen vom JWST im Jahr 2023. Die Spektralanalyse hat Schwefelwasserstoff in der Atmosphäre von HR 8799 c nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass der massereiche Planet durch Kernakkretion entstanden ist.
Bildnachweis: Jean-Baptiste Ruffio, Jerry Xuan et al. Braune Zwerge und die Deuterium-Fusion
Braune Zwerge sind substellare Objekte, deren Masse zu gering ist, um die Wasserstofffusion aufrechtzuerhalten – den Prozess, der Sterne wie die Sonne antreibt. Dennoch können sie Deuterium, ein Isotop des Wasserstoffs, fusionieren, was sie von Gasriesen unterscheidet. Diese Fusion findet bei Massen zwischen etwa 13 und 80 Jupitermassen statt.
Im Gegensatz zu Planeten entstehen Braune Zwerge oft durch den direkten Kollaps einer Gaswolke, ein Prozess, der der Entstehung von Sternen ähnelt. Dies verleiht ihnen intermediäre Eigenschaften, mit einer inneren Wärme aus der gravitativen Kontraktion und der begrenzten Deuteriumfusion sowie einer deutlich geringeren Temperatur und Leuchtkraft als Sterne.
Die Grenze zwischen Braunen Zwergen und massereichen Gasriesen ist unscharf, da einige Planeten vergleichbare Massen erreichen können. Chemische Beobachtungen, wie die des JWST, helfen dabei, sie zu unterscheiden, indem sie die Signaturen ihrer Entstehung offenbaren. Beispielsweise kann die Anreicherung mit schweren Elementen auf einen Bildungsweg durch Akkretion hindeuten.
Quelle: Nature Astronomy