Exoplanet WASP-107b "Zuckerwatte"-Planet entdeckt – Viel heißes Gas um wenig Kern

19. Januar 2021, 17:14 Uhr

Viel "heiße Luft" um wenig Kern gibt es nicht nur auf der Erde. Im Weltall bezeichnet man Planeten, bei denen sich eine riesige Gashülle um einen kleinen Kern ansammelt als "Super-Puff"- oder "Zuckerwatte"-Planeten. Einer davon wurde nun ausgiebig analysiert. Der Exoplanet WASP-107b ist zwar so groß wie der größte Gasriese in unserem Sonnensystem, Jupiter, aber zehnmal so leicht und mit einem viel kleineren Kern. Eine Entdeckung mit "großen Auswirkungen".

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten WASP-107b und seines Sterns, WASP-107. Ein Teil des Lichts des Sterns strömt durch die ausgedehnte Gasschicht des Exoplaneten. Bildrechte: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser

Gasriesenplaneten sind viel größer und viel schwerer als Gesteinsplaneten wie unsere Erde. Jupiter und Saturn heißen die Gasriesen in unserem Sonnensystem. Mit einem elffachen Erddurchmesser und der 318-fachen Erdmasse ist Jupiter der größte Planet, der um die Sonne kreist. Wie alle Gasriesen besteht er fast ausschließlich aus leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium. Nach dem gängigen Modell der sogenannten Kern-Aggregations-Hypothese ging man bislang davon aus, dass die riesige Gashülle, die einen Gasriesen umgibt, nur um einen Planetenkern angesammelt werden kann, der mindestens das Zehnfache der Erdmasse "auf die Waage" bringt.

Auch kleinere Kerne möglich

Diesen jupiterähnlichen Bauplan für Gasriesen übertrugen Astronomen bislang auch auf die Gasriesen unter den neu entdeckten Exoplaneten. Astronomen der kanadischen Universität Montreal unter Federführung der Doktorandin Caroline Piaulet vom Institute for Research on Exoplanets fanden nun jedoch heraus, dass sich Gasriesen auch um deutlich kleinere Kerne bilden können.

WASP-107b und sein Stern WASP-107 liegen im Sternbild Jungfrau. Bildrechte: imago images / StockTrek Images

Piaulet und ihre Kollegen analysierten gemeinsam mit Wissenschaftlern aus den USA, Deutschland und Japan die innere Struktur des Exoplaneten WASP-107b. Der Gasriese war erstmals 2017 um den Stern WASP-107 entdeckt worden, der etwa 212 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Jungfrau liegt. Der Planet befindet sich sehr nahe an seinem Stern – und zwar über 16 Mal näher als die Erde an der Sonne. Mit Blick auf seine Größe, schien die Jupiter-"Blaupause" auch für diesen Gasriesen zu gelten: WASP-107b ist in etwa genauso groß wie Jupiter.

So groß wie Jupiter, aber zehnmal leichter

Doch dann machten sich Piaulet und ihre Kollegen daran, anhand der "Taumelbewegung", welche die Gravitationskräfte von WASP-107b bei seinem Wirtsstern auslöst, die Masse des Gasriesen zu bestimmen. Das Ergebnis war überraschend, denn WASP-107b bringt es lediglich auf etwa ein Zehntel der Jupiter-Masse. Doch bei einer so geringen Planetendichte, das war den Astronomen bald klar, kann der Gasriese nur einen Kern haben, der höchstens das Vierfache der Erdmasse hat – und nicht das Zehnfache wie der Jupiterkern. Daraus wiederum schlossen die Wissenschaftler, dass mehr als 85 Prozent der Masse von WASP-107b in der dicken Gasschicht enthalten sein muss, die den "leichten" Planetenkern umgibt.

Erkenntnis mit "großen Auswirkungen"

WASP-107b ist damit einer der am wenigsten dichten Exoplaneten, die bislang bekannt sind. Er ist ein Typ, den Astrophysiker als "Super-Puff"- (von engl. puff, zu dt. Bausch) oder "Zuckerwatte"-Planeten bezeichnen. Die Analyse der inneren Struktur von WASP-107b, die Piaulet und Kollegen im Astronomical Journal veröffentlichten, hat nach Angaben von Piaulets Teamchef, dem Astrophysiker Björn Benneke, "große Auswirkungen". Die Arbeit liefere die Grundlagen dafür, wie Riesenplaneten entstehen und wachsen können, so der Professor: "Sie liefert den konkreten Beweis, dass ein massives Anwachsen einer Gashülle auch durch Kerne ausgelöst werden kann, die viel weniger massiv sind, als bisher angenommen."

Erster Wasser-Nachweis auf bewohnbarem Exoplaneten

Caroline Piaulet will weitere Geheimnisse des Exoplaneten WASP-107b lüften. Bildrechte: Caroline Piaulet/Université de Montréal

Das Montrealer Team von Benneke lieferte übrigens 2019 auch den ersten Nachweis von Wasser auf einem Exoplaneten in der bewohnbaren Zone eines Sterns. Auch Piaulet war an dieser bahnbrechenden Entdeckung mit beteiligt. Die junge Forscherin plant nun, den Gasriesen WASP-107b weiter zu untersuchen. "Exoplaneten wie WASP-107b, die kein Analogon in unserem Sonnensystem haben, erlauben uns, die Mechanismen der Planetenentstehung im Allgemeinen und die daraus resultierende Vielfalt der Exoplaneten besser zu verstehen", erklärt die kanadische Doktorandin.

(dn)