Nicht vorhersehbar: Bildung kleiner Planeten um Sterne mit Schwerelementen
Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass kleine erdähnliche Planeten sich nur dann um Sterne herum bilden, wenn diese einen hohen Gehalt an Elementen wie Eisen und Silizium haben. Doch jetzt hat eine neue Studie von Forschern in Dänemark, Schweden und den Vereinigten Staaten gezeigt, dass sich kleine Planeten um Sterne herum bilden, die viele verschiedene Schwerelemente enthalten. Diese Erkenntnisse erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass kleine erdähnliche Planeten viel weiter verbreitet im Universum sein könnten als bislang angenommen. Für die Studie, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, verwendete das Team das Kepler-Weltraumteleskop der NASA (National Aeronautics and Space Administration), um die elementare Zusammensetzung von mehr als 150 Sternen mit 226 Planetenkandidaten, die kleiner als Neptun sind, zu untersuchen. Anders Johansen von der Universität Lund, Schweden, erhielt eine Finanzhilfe des Europäischen Forschungsrats (ERC Starting Grant) für das Projekt PEBBLE2PLANET ("From pebbles to planets: towards new horizons in the formation of planets"). Das Projekt wird in Höhe von 1 330 000 EUR unter dem Themenbereich "Ideen" des Siebten Rahmenprogramms der EU (RP7) finanziert. Hauptautor der Studie, Lars A. Buchhave, Astrophysiker am Niels-Bohr-Institut und am Zentrum für Stern-und Planetenentstehung an der Universität Kopenhagen, kommentiert: "Ich wollte untersuchen, ob kleine Planeten eine spezielle Umgebung benötigen, um sich zu bilden, wie die riesigen Gasplaneten, von denen wir wissen, dass sie sich vorzugsweise in Umgebungen mit einem hohen Gehalt an Schwerelementen entwickeln. Diese Studie zeigt, dass kleine Planeten sich nicht davon unterscheiden und sich um Sterne mit einer breiten Palette von Schwermetallen bilden, darunter auch Sterne mit nur 25 Prozent der Metallizität der Sonne." Die Studie zeigt, dass sich Planeten bis zum Vierfachen der Größe der Erde rund um Sterne bilden können, die viele verschiedene Schwerelemente enthalten. Dazu gehören auch Sterne mit einer geringeren Metallizität als die Sonne. Ein Stern ist eine große Kugel aus leuchtendem Gas, die Energie durch Kernfusion von Wasserstoff und Helium produziert wobei schwerere Elemente entstehen. Wenn der gesamte Kern in Eisen umgewandelt wurde, kann keine Energie mehr gewonnen werden und der Stern stirbt, wodurch massive Wolken aus Staub und Gas in den Weltraum geschleudert werden. Diese großen Wolken aus Gas und Staub kondensieren dann und verwandeln sich in neue Sterne und Planeten. Jede Sternengeneration hat einen höheren Gehalt an Schwerelementen wie die vorhergehende. Planeten werden aus den Überresten von Gas- und Staubwolken gebildet, die um den neu gebildeten Stern herumwirbeln. Bei späteren Sternengenerationen mit einem hohen Gehalt an Schwerelementen, haben die restlichen Staub- und Gas-Partikel, die später den Planeten bilden, eine elementare Zusammensetzung, die mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Bildung von Gasriesen wie Jupiter und Saturn führen. Aber diese neue Studie zeigt, dass die Dinge für kleinere Planeten anders sind, wie Lars A. Buchhave erklärt: "Wir haben die spektroskopische elementare Zusammensetzung der Sterne für 226 Exoplaneten analysiert. Die meisten dieser Planeten sind klein, also Planeten, die den festen Planeten in unserem Sonnensystem oder bis zu viermal dem Erdradius entsprechen. Wir haben herausgefunden, dass im Gegensatz zu den Gasriesen, das Auftreten von kleineren Planeten nicht unbedingt von Sternen mit einem hohen Gehalt an Schwerelementen abhängt. Planeten, die bis zu viermal so groß sind wie die Erde, können sich um verschiedene Sterne herum bilden - auch um Sterne mit einem geringeren Gehalt an Schwerelementen". Da sie von einem hohen Gehalt an Schwerelementen in den Gast-Sternen unabhängig sind, um gebildet zu werden, könnten erdähnliche Planeten überall in der Galaxis sehr viel weiter verbreitet sein als wir bisher angenommen haben. Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2009 ist das Kepler-Weltraumteleskop auf der Suche nach neuen Planeten. Dazu hat es kontinuierlich mehr als 150.000 Sterne überwacht, um verräterische Spuren in ihrem Strahlenmantel zu entdecken, die bei der Durchreise von Planeten entstehen. Es sind mindestens drei Durchgänge erforderlich, um ein Signal als einen Planeten zu verifizieren. Folge-Beobachtungen von bodengestützten Teleskopen sind auch erforderlich, um einen Kandidaten als Planet zu bestätigen. Die bodengestützten spektroskopischen Beobachtungen für diese Studie wurden auf dem Nordic Optical Telescope (NOT) auf La Palma auf den Kanarischen Inseln, und drei Teleskopen in den Vereinigten Staaten gemacht: An der Fred Lawrence Whipple Sternwarte (FLWO) auf dem Mount Hopkins in Arizona; dem McDonald Observatorium an der Universität Texas in Austin; und dem W. M. Keck Observatorium auf dem Mauna Kea in Hawaii.Weitere Informationen sind abrufbar unter: University of Copenhagen: http://www.ku.dk/english/
Länder
Dänemark, Schweden, Vereinigte Staaten