Sterne vom Typ M (Roter Zwerg) sind kühlere Objekte mit geringer Masse und geringer Leuchtkraft, die die überwiegende Mehrheit der Sterne in unserem Universum ausmachen - sie machen allein in der Milchstraße 85% der Sterne aus. In den letzten Jahren haben sich diese Sterne als Schatzkammer für Exoplanetenjäger erwiesen. Mehrere terrestrische (auch erdähnliche) Planeten wurden um die nächsten roten Zwerge des Sonnensystems bestätigt.
Noch überraschender ist jedoch die Tatsache, dass bei einigen roten Zwergen Planeten gefunden wurden, deren Größe und Masse mit denen des Jupiter vergleichbar sind, der sie umkreist. Eine neue Studie, die von einem Forscherteam der University of Central Lancashire (UCLan) durchgeführt wurde, hat sich mit dem Rätsel befasst, wie dies geschehen könnte. Im Wesentlichen zeigt ihre Arbeit, dass die Bildung von Gasriesen nur wenige tausend Jahre dauert.
Die Studie, die kürzlich in der Zeitschrift erschien Astronomie & Astrophysikwar die Arbeit von Dr. Anthony Mercer und Dr. Dimitris Stamatellos von der UCLan Jeremiah Horrocks, dem Institut für Mathematik, Physik und Astronomie (JHI - MPA). Dr. Mercer, ein Astrophysik-Leser beim JHI-MPA, leitete die Forschung unter der Aufsicht von Dr. Stamatellos, der die Gruppe „Theoretische Sternentstehung und Exoplaneten“ des Instituts leitet.
Gemeinsam untersuchten sie, wie sich Planeten um rote Zwergsterne bilden könnten, um festzustellen, welcher Mechanismus die Bildung von supermassiven Gasriesen ermöglichen würde. Nach herkömmlichen Modellen der Planetenbildung, bei denen die allmähliche Ansammlung von Staubpartikeln zu zunehmend größeren Körpern führt, sollten Rotzwergsysteme nicht genügend Masse haben, um Planeten vom Typ Super-Jupiter zu bilden.
Um diese Diskrepanz zu untersuchen, verwendeten Mercer und Dr. Stamatellos den britischen Supercomputer Distributed Research mit Advanced Computing (DiRAC), der Einrichtungen in Cambridge, Durham, Edinburgh und der Leicester University miteinander verbindet, um die Entwicklung protoplanetarer Scheiben um rote Zwergsterne zu simulieren. Diese rotierenden Gas- und Staubscheiben sind allen neugeborenen Sternen gemeinsam und führen schließlich zur Planetenbildung.
Sie fanden heraus, dass diese jungen Scheiben, wenn sie groß genug sind, in verschiedene Teile zersplittern können, die aufgrund der gegenseitigen Anziehungskraft zu Gasriesenplaneten verschmelzen würden. Dies würde jedoch erfordern, dass sich die Planeten innerhalb weniger tausend Jahre bilden, eine Zeitskala, die in astrophysikalischer Hinsicht extrem schnell ist. Wie Dr. Mercer erklärte:
„Die Tatsache, dass sich Planeten in so kurzer Zeit um winzige Sterne bilden können, ist unglaublich aufregend. Unsere Arbeit zeigt, dass die Planetenbildung besonders robust ist: Andere Welten können sich auf vielfältige Weise sogar um kleine Sterne bilden, und daher können Planeten vielfältiger sein als bisher angenommen. “
Ihre Forschung zeigte auch, dass diese Planeten nach ihrer Bildung extrem heiß sein würden und die Temperaturen in ihren Kernen Tausende von Grad erreichen würden. Da sie keine interne Energiequelle haben, werden sie mit der Zeit schwächer. Dies bedeutet, dass diese Planeten in der Infrarotwellenlänge leicht zu beobachten wären, wenn sie noch jung sind, aber das Fenster für die direkte Beobachtung wäre klein.
Dennoch konnten solche Planeten aufgrund ihrer Wirkung auf ihren Wirtsstern indirekt beobachtet werden. So wurden typischerweise Planeten gefunden, die rote Zwergsterne umkreisen. Dies ist als Radialgeschwindigkeitsmethode (auch bekannt als Doppler-Spektroskopie) bekannt, bei der Änderungen in den Spektren des Sterns darauf hinweisen, dass er sich bewegt, was ein Hinweis darauf ist, dass Planeten ihren Gravitationseinfluss auf ihn ausüben. Stamatellos hinzugefügt:
„Dies war das erste Mal, dass wir nicht nur Planeten in Computersimulationen sehen konnten, sondern auch ihre anfänglichen Eigenschaften detailliert bestimmen konnten. Es war faszinierend festzustellen, dass diese Planeten von der Art „schnell und wütend“ sind - sie bilden sich schnell und sind unerwartet heiß. “
Diese Ergebnisse sind nichts, wenn nicht zeitgemäß. Kürzlich entdeckten Astronomen einen zweiten extrasolaren Planeten um Proxima Centauri, den Stern, der unserem am nächsten liegt. Im Gegensatz zu Proxima b, das erdgroß, felsig ist und sich in der bewohnbaren Zone des Sterns befindet. Es wird angenommen, dass Proxima c 1,5-mal so groß wie die Erde ist, halb so massiv wie Neptun (was es zu einem Mini-Neptun macht) und weit außerhalb der bewohnbaren Zone von Proxima Centauri umkreist.
Zu wissen, dass es einen möglichen Mechanismus gibt, der es Gasriesen ermöglicht, sich um rote Zwergsterne zu bilden, bringt uns dem Verständnis dieser völlig verbreiteten, aber immer noch mysteriösen Sterne einen Schritt näher.
