Astronominnen und Astronomen haben einen ungewöhnlichen Exoplaneten untersucht, der möglicherweise zu einer bislang kaum bekannten Klasse von Welten gehört. Der Planet L 98-59 d könnte einen globalen Ozean aus geschmolzenem Gestein besitzen – und große Mengen Schwefel tief im Inneren speichern.
Die Ergebnisse stammen aus einer Studie unter Leitung der Universität Oxford, die im Fachjournal Nature Astronomy veröffentlicht wurde. Grundlage sind Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) sowie umfangreiche physikalische Modelle zur Entwicklung des Planeten.
Der Planet befindet sich etwa 35 Lichtjahre von der Erde entfernt und umkreist einen kühlen roten Zwergstern im Sternbild Fliegender Fisch.
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Ein Planet, der nicht in bekannte Kategorien passt
Exoplaneten mit Größen zwischen Erde und Neptun gehören zu den häufigsten Planetentypen in der Milchstraße. Dennoch existiert im Sonnensystem kein vergleichbares Beispiel. Forschende versuchen daher, solche Welten anhand von Größe, Dichte und Atmosphäre einzuordnen.
Meist werden zwei Szenarien diskutiert:
- Gaszwerge: felsige Planeten mit einer dünnen Wasserstoff-Helium-Atmosphäre
- Wasserwelten: Planeten mit großen Mengen Wasser oder Eis im Inneren
Der Planet L 98-59 d passt jedoch nicht gut in eines dieser Modelle. Mit einem Radius von rund 1,6 Erdradien und einer Masse von etwa 1,6 Erdmassen gehört er zwar zur Klasse der sogenannten Supererden. Seine mittlere Dichte liegt jedoch nur zwischen etwa 2,2 und 3,5 g/cm³ – deutlich zu gering für einen rein felsigen Planeten. Das deutet darauf hin, dass der Planet erhebliche Mengen leichter Stoffe enthält.
Ein globaler Magmaozean im Inneren
Um zu verstehen, wie ein solcher Planet entstehen kann, kombinierten die Forschenden Beobachtungsdaten mit komplexen Computersimulationen. Diese Modelle verfolgen die Entwicklung des Planeten über fast fünf Milliarden Jahre.
Die Berechnungen zeigen: Der Mantel des Planeten könnte zu großen Teilen aus geschmolzenem Silikatgestein bestehen. Ein solcher globaler Magmaozean würde tausende Kilometer tief reichen. Der Magmaozean spielt eine zentrale Rolle für die Entwicklung der Atmosphäre. Er wirkt wie ein Reservoir für sogenannte flüchtige Stoffe – also Gase, die sich im geschmolzenen Gestein lösen können.
Dadurch kann der Planet über sehr lange Zeiträume eine dichte Atmosphäre erhalten. Der Hauptautor der Studie, Dr. Harrison Nicholls von der Universität Oxford, sagt: „Diese Entdeckung deutet darauf hin, dass die Kategorien, die Astronomen derzeit zur Beschreibung kleiner Planeten verwenden, möglicherweise zu einfach sind.“
Und weiter: „Auch wenn dieser geschmolzene Planet wahrscheinlich kein Leben beherbergen kann, zeigt er die Vielfalt der Welten außerhalb unseres Sonnensystems.“
Schwefel als Schlüssel zur Atmosphäre
Beobachtungen mit dem JWST zeigen Hinweise auf Schwefelverbindungen in der Atmosphäre des Planeten. Dazu gehört insbesondere Schwefeldioxid (SO₂). Modelle legen außerdem nahe, dass Schwefelwasserstoff (H₂S) vorhanden sein könnte.
Solche Gase entstehen vermutlich durch photochemische Prozesse. Dabei spaltet ultraviolette Strahlung des Sterns Moleküle in der Atmosphäre und löst chemische Reaktionen aus.
Der Magmaozean im Inneren könnte dabei als Puffer wirken. Er speichert Schwefel und gibt ihn über lange Zeiträume wieder ab. Dadurch bleibt die Atmosphäre stabil, obwohl energiereiche Strahlung des Sterns Gase ins All treiben kann.
Vom Sub-Neptun zur Supererde
Die Simulationen zeigen außerdem, dass sich der Planet im Laufe seiner Geschichte stark verändert haben könnte. Kurz nach seiner Entstehung war L 98-59 d vermutlich größer und besaß eine noch dichtere Atmosphäre. Mit der Zeit kühlte der Planet jedoch ab. Gleichzeitig verlor er einen Teil seiner Gase durch Sternstrahlung.
Dieser Prozess ließ den Planeten langsam schrumpfen. In frühen Entwicklungsphasen hätte er möglicherweise eher wie ein Sub-Neptun ausgesehen. Solche Entwicklungen könnten erklären, warum viele Exoplaneten eine sogenannte Radius-Lücke bilden – einen Bereich zwischen Supererden und Sub-Neptunen, in dem vergleichsweise wenige Planeten beobachtet werden.
Ein Blick in die Frühgeschichte von Planeten
Die Ergebnisse liefern auch Hinweise darauf, wie Gesteinsplaneten allgemein entstehen. Magmaozeane gelten als normaler Zustand junger Planeten. Auch die Erde dürfte kurz nach ihrer Entstehung vollständig geschmolzen gewesen sein.
Die Studie zeigt, dass solche Magmaozeane über lange Zeiträume bestehen bleiben können, wenn eine dichte Atmosphäre Wärme zurückhält. Mitautor Raymond Pierrehumbert erklärt: „Das Spannende ist, dass wir mithilfe von Computermodellen das verborgene Innere eines Planeten aufdecken können, den wir niemals besuchen werden.“
Weitere Missionen sollen neue Planetentypen aufspüren
Die Forschenden erwarten, dass kommende Weltraummissionen deutlich mehr Informationen über solche Planeten liefern werden. Neben dem JWST sollen zukünftige Teleskope wie Ariel und PLATO Atmosphären zahlreicher Exoplaneten untersuchen. Dadurch könnten ähnliche Welten entdeckt werden.
Der Mitautor Dr. Richard Chatterjee sagt: „Schwefelwasserstoffgas, das für den Geruch nach faulen Eiern verantwortlich ist, scheint dort eine Hauptrolle zu spielen.“ Und ergänzt: „Weitere Beobachtungen könnten zeigen, dass solche ziemlich stechend riechenden Planeten überraschend häufig vorkommen.“
Sollte sich das bestätigen, würde das Bild von Planetensystemen erneut komplexer werden. Neben Gesteinsplaneten, Gasriesen und Wasserwelten gäbe es dann womöglich noch eine weitere Gruppe: schwefelreiche Magmawelten.
