14 Herculis c: Kalter Exoplanet lässt Astronomen staunen

Ein Exoplanet, der kälter ist als die meisten seiner bislang beobachteten Artgenossen, zieht seine Bahn durch ein fremdes System – und das in ungewöhnlichem Winkel. Das James-Webb-Weltraumteleskop hat mit seiner Infrarotkamera erstmals ein Bild des Planeten 14 Herculis c aufgenommen. Die Ergebnisse liefern spannende Daten zur Temperatur, Umlaufbahn und Atmosphäre des Riesenplaneten.

Eine seltene Aufnahme

14 Herculis c gehört zu einem Doppelplaneten-System um den sonnenähnlichen Stern 14 Herculis, rund 60 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Planet ist etwa siebenmal so groß wie Jupiter und bewegt sich in einem weiten Orbit um seinen Stern. Das Besondere: Im Gegensatz zu den meisten bekannten Exoplaneten ist 14 Herculis c erstaunlich kühl – seine Oberflächentemperatur beträgt nur minus 3 °C. Das macht ihn zu einem der kältesten Exoplaneten, die je direkt abgebildet wurden.

„Je kälter ein Exoplanet ist, desto schwieriger ist es, ihn abzubilden“, erklärt William Balmer von der Johns Hopkins University, Mitautor der aktuellen Studie. Das Webb-Teleskop habe mit seiner extremen Infrarotsensibilität diese neue Art von Beobachtung überhaupt erst ermöglicht.

Ein System wie kein anderes

Im Planetensystem von 14 Herculis umkreisen zwei bekannte Planeten ihren Mutterstern. Die Besonderheit: Ihre Bahnebenen verlaufen nicht parallel zueinander wie in unserem Sonnensystem. Stattdessen überkreuzen sie sich in einem Winkel von rund 40 Grad – ein sogenanntes fehlausgerichtetes System. Der Stern steht dabei im Zentrum eines „X“, das die beiden Umlaufbahnen bilden.

„Es ist das erste Mal, dass ein Exoplanet in einem derart fehlausgerichteten System direkt beobachtet wurde“, so Balmer. Warum dieses System derart chaotisch aufgebaut ist, versuchen Forschende derzeit zu klären.

Kosmische Kollision als Ursache?

Eine gängige Theorie geht davon aus, dass ein dritter Himmelskörper in der Frühzeit des Systems das Gleichgewicht störte. Durch gravitative Wechselwirkungen könnte dieser Planet aus dem System geschleudert worden sein. Die verbliebenen Planeten wären daraufhin in ihre heutigen Umlaufbahnen geraten.

Solche dynamischen Prozesse erinnern an die Frühgeschichte unseres eigenen Sonnensystems, wo sich Gasriesen wie Jupiter und Saturn gegenseitig beeinflussten. „Die Zukunft kleiner Planeten hängt oft von viel größeren Kräften ab“, meint Balmer.

Exakte Temperaturmessung dank Webb

Mit einer Entfernung von rund 1,4 Milliarden Meilen zu seinem Stern befindet sich 14 Herculis c in einer Region, die im Sonnensystem zwischen Saturn und Uranus liegt. Dank Webb konnten Forschende die Helligkeit des Planeten bei 4,4 Mikrometern Wellenlänge messen – ein wichtiger Hinweis auf seine Temperatur und seine Atmosphäre.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Planet seit seiner Entstehung vor etwa vier Milliarden Jahren langsam abgekühlt ist. Ohne eigene Energiequelle wie etwa radioaktiven Zerfall oder Gezeitenwärme müsste er heute eine vorhersehbare Temperatur aufweisen – doch genau das ist nicht der Fall.

Rätselhafte Chemie

Die Helligkeit von 14 Herculis c ist geringer, als für ein Objekt seiner Masse und seines Alters zu erwarten wäre. Die Erklärung dafür liefern Forschende mit einem Phänomen, das bei sogenannten Braunen Zwergen bekannt ist: der sogenannten Kohlenstoff-Ungleichgewichts-Chemie.

„In diesen kalten Objekten finden wir Kohlenmonoxid und Kohlendioxid anstelle von Methan – obwohl Letzteres bei diesen Temperaturen eigentlich dominieren sollte“, erklärt Daniella Bardalez Gagliuffi vom Amherst College. Turbulenzen in der Atmosphäre könnten dafür sorgen, dass Moleküle aus wärmeren Schichten in die kälteren oberen Regionen transportiert werden.

Diese chemische Anomalie liefert Hinweise auf die komplexe Dynamik in der Atmosphäre des Exoplaneten – und wirft zugleich neue Fragen auf.

Ein Lichtpunkt mit großer Wirkung

Was für das menschliche Auge wie ein unscheinbarer Lichtfleck im All wirkt, enthält eine Fülle wissenschaftlicher Informationen. Das direkte Bild von 14 Herculis c eröffnet neue Wege, kalte Exoplaneten systematisch zu untersuchen. Es zeigt, dass die Instrumente an Bord von Webb nicht nur heiße Gasriesen, sondern auch deutlich kühlere Objekte sichtbar machen können.

Forschende sehen in dieser Beobachtung den Auftakt zu einer neuen Phase der Exoplanetenforschung. Weitere spektroskopische Analysen sollen künftig mehr über die Zusammensetzung der Atmosphäre und die Entwicklungsgeschichte des Systems verraten.

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