Es gibt eine Art Exoplaneten, die Astronomen manchmal als Zuckerwatte-Planeten oder Super-Puffs bezeichnen. Sie sind mysteriös, weil ihre Massen nicht mit ihren extrem großen Radien übereinstimmen. Die beiden Eigenschaften implizieren einen Planeten mit einer extrem geringen Dichte.
In unserem Sonnensystem gibt es nichts Vergleichbares, und es war rätselhaft, sie in fernen Sonnensystemen zu finden. Jetzt könnten zwei Astronomen es herausgefunden haben.
Die Astronomen sind Anthony Piro von der Carnegie University und Shreyas Vissapragada von Caltech. Ihr Artikel trägt den Titel "Erkundung, ob Super-Puffs als beringte Exoplaneten erklärt werden können". Es wurde im Astronomical Journal veröffentlicht.
"Wir begannen zu überlegen, was passiert, wenn diese Planeten überhaupt nicht wie Zuckerwatte luftig sind", sagte Piro in einer Pressemitteilung. "Was ist, wenn die Super-Puffs so groß erscheinen, weil sie tatsächlich von Ringen umgeben sind?"
Planetenjäger haben über 4.000 bestätigte Exoplaneten gefunden. Bei sorgfältiger Beobachtung können Astronomen die Eigenschaften von Exoplaneten wie Dichte, Masse, Größe und selbst dann einschränken, wenn sie sich in der bewohnbaren Zone ihres Sterns befinden. Es gibt jedoch keine echte Möglichkeit festzustellen, ob diese entfernten Objekte Ringe haben.
Es wäre überraschend, wenn es keiner gäbe. Alle Gas- und Eisriesen in unserem Sonnensystem haben Ringe, obwohl nur Saturns leicht zu erkennen sind.
Der Großteil der Exoplaneten wird mit der Transitmethode entdeckt. Dazu muss ein Planet sorgfältig beobachtet werden, während er sich zwischen seinem Wirtsstern und uns bewegt. Basierend auf dem winzigen Einbruch des Sternenlichts, den der Transit des Planeten verursacht, können Astronomen einen Planeten entdecken. Auf diese Weise bestimmen sie auch die anderen Eigenschaften eines Planeten und beobachten, wie der Stern als Reaktion auf die Bewegung des Planeten wackelt.
Die Transitmethode kann Astronomen jedoch nicht sagen, ob ein Planet Ringe hat. In einem Gedankenexperiment fragten sich die Astronomen, wie Planeten wie Saturn für einen entfernten Beobachter aussehen würden.
"Wir fragten uns, ob Sie Saturn als einen beringten Planeten erkennen würden, wenn Sie uns aus einer fernen Welt betrachten würden, oder ob es für einen außerirdischen Astronomen ein geschwollener Planet wäre." Fragte Vissapragada.
In ihrer Arbeit sagen die Forscher: "Ein nützliches Beispiel ist das des Saturn: Wenn ein externer Beobachter über die Saison gemittelt die Größe des Saturn während des Transports ohne Berücksichtigung von Ringen misst, würde er seine wahre Dichte um etwa den Faktor zwei unterschätzen."
Sie bauten auf diesem Gedankenexperiment mit einem tatsächlichen Experiment oder einer Simulation auf. Die Forscher simulierten einen Ringplaneten, der vor der Sonne vorbeizog, und wie das für einen entfernten Astronomen mit den mächtigen Beobachtungsinstrumenten aussehen würde. Sie untersuchten auch die Arten von Material in den Ringen, die die Beobachtungen beeinflussen würden.
Die Ergebnisse waren gemischt. Laut ihrer Arbeit können Ringe einige Puffplaneten erklären, aber nicht alle. In ihrer Arbeit sagen sie: "Wir finden, dass diese Erklärung für einige der Super-Puffs funktioniert, für andere jedoch Schwierigkeiten hat." Ein Teil der Erklärung für diese Ergebnisse beinhaltet die merkmalslosen Spektren von Puffplaneten.
In ihrer Arbeit sagen die Autoren: „Hier prüfen wir, ob sie <Puffplaneten> große abgeleitete Radien haben könnten, weil sie tatsächlich beringt sind. Dies würde natürlich erklären, warum Super-Puffs bisher nur merkwürdige Transitspektren gezeigt haben. “ Normalerweise hat ein Exoplanet Spektren, aber bei Ringen gibt es keine.
Die Autoren fahren fort: „Wir stellen fest, dass diese Hypothese in einigen Fällen funktionieren kann, aber nicht in allen. Die Nähe der Super-Puffs zu ihren Elternsternen erfordert Ringe mit einer eher felsigen als eisigen Zusammensetzung. “ Dies wiederum begrenzt die Radien der Ringe selbst.
Und die Begrenzung der Radien bedeutet, dass Ringe einige Puffplaneten erklären könnten, aber nicht alle. Dem Papier zufolge ist es daher „schwierig, die Größe von Kepler 51b, 51c, 51d und 79d zu erklären, es sei denn, die Ringe bestehen aus porösem Material.“ Die drei Kepler 51-Planeten sind alle Puff-Planeten und sie sind die drei mit den niedrigsten bekannten Dichten. Obwohl sie alle Planeten in Jupiter-Größe sind, sind ihre Massen nur ein paar Mal größer als die der Erde.
In einer Pressemitteilung erklärte Co-Autor Piro dies folgendermaßen: „Diese Planeten neigen dazu, in unmittelbarer Nähe ihrer Wirtssterne zu umkreisen, was bedeutet, dass die Ringe eher felsig als eisig sein müssten. Aber felsige Ringradien können nur so groß sein, es sei denn, der Fels ist sehr porös, sodass nicht jeder Super-Puff diesen Einschränkungen entspricht. “
Das Material, aus dem ein felsiger Ring besteht, kann nur so dicht sein und nur Ringe einer bestimmten Größe bilden. Wenn es zu dicht und zu weit vom Planeten entfernt ist, wird es stattdessen zu Satelliten kombiniert.
Das Forscherpaar sagt, dass mindestens drei beobachtete Puffplaneten wahrscheinlich durch Ringe erklärt werden können: Kepler 87c und 177c sowie HIP 41378f. Kepler 87c ist so groß wie Neptun, aber nur etwa 6,4-mal so massereich wie die Erde. Die anderen beiden auf ihrer Liste weisen eine ähnliche Diskrepanz zwischen Größe und Masse auf.
Leider haben wir, wie viele Probleme in der Astronomie, nicht die Beobachtungsgabe, um herauszufinden, ob diese Forschung korrekt ist. Bodenbeobachtungen für helle Ziele sind nahe gekommen, aber die Wirtssterne für bekannte Puffplaneten sind zu dunkel. (Die einzige Ausnahme ist HIP 41278 f, das als neuer Puffplanet angekündigt wurde, als die beiden Autoren dieses Papier fertigstellten.) Wie bei anderen Fragen der Astronomie müssen wir auch darauf warten, dass das James Webb-Weltraumteleskop etwas Licht ins Dunkel bringt die Angelegenheit. Keine aktuelle Beobachtungseinrichtung kann Ringe um Exoplaneten erkennen.
Wenn bestätigt wird, dass einer dieser Exoplaneten Ringe hat, ist dies eine wichtige Entwicklung. Ich werde den Astronomen ein viel besseres Verständnis dafür geben, wie sich die Planetensysteme gebildet haben und wie sie sich entwickelt haben.
Mehr:
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- Forschungsbericht: Untersuchung, ob Super-Puffs als beringte Exoplaneten erklärt werden können
- Space Magazine: Ist die "Alien Megastructure" um Tabbys Stern tatsächlich ein Ringed Gas Giant?
