Exoplanet mit schrumpfendem Orbit – wissenschaft.de

Wenn Planeten ihren Stern eng umkreisen, erzeugt die Schwerkraft des Sterns starke Gezeitenkräfte, die den Planeten verlangsamen und seine Umlaufbahn noch weiter verengen können. Der Planet befindet sich also auf einer Todesspirale, die mit einem Absturz in den Stern endet. Astronomen haben jetzt einen heißen Gasriesen identifiziert, der eine solche Todesbahn gestartet hat. Der heiße Jupiter Kepler-1638b nähert sich allmählich seinem Stern und wird in ferner Zukunft von ihm verschlungen werden. Dieser Gasriese ist der erste Exoplanet um einen alternden, expandierenden Stern in einer spiralförmig verengten Umlaufbahn.

Wenn sich unsere Sonne in Milliarden von Jahren dem Ende ihres Lebenszyklus nähert, wird sie sich allmählich ausdehnen und zu einem Roten Riesen werden. Sein Radius vergrößert sich so stark, dass er allmählich zerfällt und alle inneren Planeten des Sonnensystems verschlingt. Aber schon davor kann es gefährlich werden, dem Stern zu nahe zu kommen. Der Gravitationseinfluss des Sterns erzeugt Gezeitenkräfte auf nahe gelegenen Planeten, verlangsamt sie und verengt allmählich ihre Umlaufbahnen. Die Schwerkraft der Erde hat einen ähnlichen Effekt auf den Mond: Auch seine Geschwindigkeit und Umlaufbahn haben sich im Laufe der Milliarden Jahre der Erdgeschichte aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen verkürzt. Vor einigen Jahren entdeckten Astronomen auch einen Exoplaneten auf einer solchen Spiralbahn.

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Ein Exoplanet um einen aufgeblähten Unterriesen

Jetzt ein Team unter der Leitung von Shreyas Visapragada vom Center for Astrophysics Die Harvard University und das Smithsonian in den USA haben einen weiteren Exoplaneten als „Todesstrafe“ identifiziert. Es ist ein besonders bemerkenswerter Exoplanet, da der heiße Gasriese Kepler-1638b der erste Exoplanet war, der 2009 vom Kepler-Weltraumteleskop auf der Grundlage seines Vorbeiflugs entdeckt wurde. Es dauerte jedoch weitere zehn Jahre, bis weitere Beobachtungen die Existenz des Planeten bestätigen konnten. Kepler-1638b ist etwa 5.000 Lichtjahre entfernt und etwa so groß wie Jupiter, aber fünfmal massereicher. Dieser extrasolare Gasriese umkreist einen alternden Stern, der seinen Wasserstoffkern fast vollständig aufgebraucht hat. Dadurch hat sich die Kernfusion in eine Hülle verlagert, die den Kern umgibt. Als Ergebnis dieses Granatenbrennens schwillt der Stern an und wird zu einem sogenannten Unterriesen.

Der Gasriese Kepler-1638b umkreist seinen Stern in einer Entfernung von 0,05 AE – etwa ein Achtel der Entfernung von Merkur zur Sonne. Dieser Planet braucht also nur 3,8 Tage für eine Umdrehung um seinen Stern. Es ist einer von weniger als einem Dutzend bekannter Exoplaneten, die einen aufgeblähten Unterriesen umkreisen. Bereits vor einigen Jahren gab es erste Hinweise darauf, dass dies die Umlaufbahn von Kepler-1638b betreffen würde. Um dies zu untersuchen, haben Visapragada und seine Kollegen nun Daten von weiteren Beobachtungen des Exoplaneten gesammelt und analysiert. Neben Transitdaten des Kepler-Weltraumteleskops nutzten sie Daten des Hill-Teleskops in Südkalifornien und des Transiting Exoplanet Survey (TESS) der NASA, der seit 2018 in Betrieb ist. Zusammen ermöglichten diese Daten, die Umlaufzeiten des Planeten in 13 Jahren zu messen und zu vergleichen.

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131 Millisekunden langsamer pro Jahr

Die Analysen bestätigten, dass sich die Umlaufbahn von Kepler-1638b unter dem Einfluss stellarer Gezeitenkräfte kaum verändert hat. Messungen zufolge verkürzt sich die Umlaufzeit des heißen Gasriesen um 131 Millisekunden pro Jahr. „Wir haben schon früher Exoplaneten gesehen, die ihre Sterne umkreisen, aber wir haben das noch nie zuvor bei einem Exoplaneten um einen alten Stern am Ende seines Lebenszyklus gesehen“, sagte Visapragada. “Die Theorie besagt, dass solche Unterriesen besonders effektiv darin sind, Energie aus den Umlaufbahnen der Planeten zu extrahieren, die sie umkreisen.” Ein sich zusammenziehender Sternkern und sich ausdehnende äußere Schichten bedeuten, dass solche fortgeschritteneren Sterne stärkere Gezeitenkräfte auf ihre Planeten ausüben. Jetzt können wir diese Theorie anhand von Beobachtungen testen, sagt Visapragada.

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Die starken Gezeitenkräfte des Sterns könnten auch erklären, warum Kepler-1638b heißer und heller erscheint, als er sein sollte: Die Anziehungskraft der Gravitation zieht und komprimiert sein Inneres, wodurch es noch langsamer erwärmt wird Astronomen vergleichen dies mit Jupiters Einfluss auf seinen Mond Io. Sein Inneres wird durch Gezeitenkräfte so aufgeheizt, dass Io der vulkanisch aktivste Körper im gesamten Sonnensystem ist. Auch Kepler-1638b könnte durch die Gezeitenkräfte seines Sterns aufgeheizt werden. „Jetzt, da wir den ersten Beweis für eine spiralförmige Umlaufbahn eines Planeten um einen hochentwickelten Stern haben, können wir ihn nutzen, um unsere Modelle der Gezeitenphysik zu verfeinern“, sagt Visapragada. „Das Kepler 1638-System kann uns in den kommenden Jahren als Himmelslabor dienen.“ Astronomen planen auch, den heißen Gasriesen und seinen Stern im Auge zu behalten.

Quelle: Shreyas Vissapragada (Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian, Cambridge, USA) et al., The Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/aca47e

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