Astrophysiker staunen: Heißer Jupiter dreht sich langsamer als er kreist
Neue Messungen zeigen: Auf dem heißen Jupiter CoRoT-2 b dauert ein Tag länger als ein Jahr. Das stellt bisherige Modelle infrage.
Der entgegengesetzt gelegene Hotspot dieses Ausreißers hatte Wissenschaftler fast ein Jahrzehnt lang vor ein Rätsel gestellt, doch neue Spektraldaten könnten das Geheimnis nun gelüftet haben.
Foto: Keith Miller (Caltech/IPAC - SELab), Public Domain Mark 1.0
Heiße Jupiter gehören zu den am besten untersuchten Exoplaneten überhaupt. Die riesigen Gasplaneten kreisen extrem dicht um ihre Sterne und erreichen Temperaturen von weit über 1000 °C. Gerade weil sie so groß und heiß sind, lassen sie sich vergleichsweise gut beobachten.
Doch einer dieser Planeten passt seit Jahren nicht ins Bild: CoRoT-2 b. Nun haben Forschende offenbar eine Erklärung gefunden, warum sich seine Atmosphäre anders verhält als bei allen vergleichbaren Welten.
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Ein Hotspot an der falschen Stelle
Bei den meisten heißen Jupitern befindet sich die heißeste Region der Atmosphäre nicht direkt unter dem Stern, sondern etwas versetzt. Verantwortlich sind starke Höhenwinde, die die Wärme in Rotationsrichtung transportieren.
Bei CoRoT-2 b zeigt sich jedoch das Gegenteil. Sein atmosphärischer Hotspot liegt auf der „falschen“ Seite des Planeten. Bereits 2018 hatte ein Forschungsteam um die Astrophysikerin Lisa Dang drei mögliche Erklärungen vorgeschlagen:
- Wolken könnten die Beobachtungen verfälschen.
- Magnetfelder könnten die Atmosphäre beeinflussen.
- Der Planet könnte sich ungewöhnlich langsam drehen.
Neue spektroskopische Messungen mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte sprechen nun deutlich für die dritte Möglichkeit.
„Ich beschäftige mich besonders gerne mit den seltsamen Fällen – mit Planeten, die nicht ins Standardbild passen – und löse gerne Rätsel“, sagt Aurora Kesseli vom NASA Exoplanet Science Institute.
Der kosmische Standardfall: Gezeitenbindung
Bislang gingen Forschende davon aus, dass heiße Jupiter praktisch immer gezeitengebunden sind. Das bedeutet: Der Planet zeigt seinem Stern ständig dieselbe Seite. Ein bekanntes Beispiel dafür ist unser Mond. Von der Erde aus sehen wir immer dieselbe Mondhälfte.
Der Grund liegt in den Gezeitenkräften. Die Schwerkraft des Sterns bremst die Rotation des Planeten über lange Zeiträume ab, bis Umlaufzeit und Rotationszeit identisch werden.
Für heiße Jupiter erschien dieses Szenario nahezu unvermeidlich. Schließlich umkreisen sie ihre Sterne oft in wenigen Tagen und befinden sich extrem nah an ihnen. CoRoT-2 b scheint jedoch eine Ausnahme zu sein.
Ein Tag dauert doppelt so lange wie ein Jahr
Die neuen Messungen erlaubten erstmals eine Abschätzung der Rotationsgeschwindigkeit des Planeten. Das Ergebnis überrascht: Ein Tag auf CoRoT-2 b dauert etwa drei Erdtage. Sein Jahr hingegen nur rund 1,5 Erdtage.
Anders ausgedrückt: Der Planet umrundet seinen Stern zweimal, bevor er sich einmal vollständig um die eigene Achse gedreht hat. Damit wäre CoRoT-2 b nicht gezeitengebunden – ein Befund, der viele Modelle zu heißen Jupitern infrage stellt.
„Jetzt sehen wir, dass ein Einheitsmodell nicht funktioniert, selbst bei Planeten, die wir schon seit langer Zeit untersuchen“, sagt Kesseli. „Jedes Mal, wenn wir einen weiteren heißen Jupiter betrachten, lernen wir etwas Neues.“
Warum das auch für bewohnbare Welten wichtig ist
Die Erkenntnisse betreffen nicht nur exotische Gasriesen. Viele der interessantesten Kandidaten für außerirdisches Leben kreisen um sogenannte M-Zwerge. Diese kleinen Sterne sind die häufigste Sternklasse im Universum. Ihre bewohnbare Zone liegt sehr nah am Stern.
Genau dort tritt Gezeitenbindung häufig auf. „Die Art und Weise, wie sich ein Planet dreht, hat großen Einfluss darauf, wie der Planet seine Wärme verteilt, und wirkt sich somit auf seine Bewohnbarkeit aus“, erklärt Kesseli.
Ob ein Planet gezeitengebunden ist oder nicht, beeinflusst:
- Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite
- globale Windsysteme
- Wolkenbildung
- langfristige Klimastabilität
Wer verstehen möchte, wie lebensfreundliche Planeten aussehen könnten, muss deshalb zunächst verstehen, wie sich Planeten überhaupt drehen.
Noch ist nicht alles geklärt
Trotz der neuen Erkenntnisse bleibt eine wichtige Frage offen: Warum dreht sich CoRoT-2 b überhaupt so langsam? Bislang gibt es darauf keine eindeutige Antwort. Denkbar sind komplexe Wechselwirkungen während der Entstehung des Planetensystems oder bislang unbekannte physikalische Prozesse zwischen Planet und Stern.
Fest steht jedoch: Der ungewöhnliche Gasriese zeigt erneut, dass Exoplaneten oft komplizierter sind als die Modelle, mit denen Forschende arbeiten.
Künftige Instrumente wie das Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte oder das geplante Habitable Worlds Observatory sollen deutlich präzisere Messungen ermöglichen. Sie könnten zeigen, ob CoRoT-2 b tatsächlich ein Sonderfall ist – oder ob sich unter den tausenden bekannten Exoplaneten noch weitere Planeten verstecken, deren Tage länger dauern als ihre Jahre.
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