Das Planetensystem um HR 8799Teles

Aus einem Terzett wird ein Quartett. HR 8799 (V342 Pegasi) bringt Astronomen in Erklärungsnot – es beinhaltet ein Planetensystem, welches es nicht geben dürfte.

Ein Beitrag von Hans J. Kemm. Quelle: keckobservatory.

Ein Astronomenteam fotografierte 2008 mit den auf der Erde stationierten Teleskopen Keck und Gemini North ein Planetensystem aus drei Exoplaneten in rund 130 Lichtjahren Entfernung zur Erde, die den Stern HR 8799 im Sternbild Pegasus umkreisen. Diese drei Planeten mit der sieben-, zehn- und fast zehnfachen Jupitermasse, die ihren Zentralstern im Abstand von 24, 38 und 68 astronomischen Einheiten (AE) linksdrehend umrunden, haben jetzt einen weiteren Partner bekommen. Die ausgewerteten Aufnahmen zeigen, dass sich HR 8799e mit einer Entfernung von rund 14,5 AE näher an seinem Mutterstern befindet, als die anderen drei Planeten. Er umrundet sein Zentralgestirn einmal in rund 50 Jahren und hat die Mindestmasse des Zehnfachen vom Jupiter.

Neben den jetzt vier bekannten Gasriesen beinhaltet das System noch zwei Trümmergürtel, die aus kleinen Fels- und Eispartikeln und einer Menge kleinster Staubpartikel bestehen, ähnlich dem Asteroidengürtel und dem Kuiper-Gürtel. Somit könnte es sich hier um ein System handeln, dass dem Sonnensystem grundsätzlich sehr ähnlich ist. Es handelt sich sozusagen um eine Maxiversion, aber das bringt die Astronomen in einen Erklärungsnotstand, denn die Masse im HR 8799-System ist deutlich größer als im Sonnensystem. Alleine die zusammengenommene Masse der vier Gasriesen liegt wahrscheinlich um das Zwanzigfache höher als die der entsprechenden Planeten des Sonnensystems. Dies steht aber im Widerspruch zur Theorie der Planetenentstehung und des Aufbaus von Planetenatmosphären. Es entsteht somit die Frage, ob es sich bei dieser Konfiguration um ein Sonnensystem handelt oder um ein Mehrfachsystem mit einem Hauptreihenstern und Braunen Zwergen.

Die jetzige Örtlichkeit der vier Planeten und der beiden Staubgürtel lässt sich mit keinem der üblichen Entstehungsszenarien in Einklang bringen. Einerseits kreist der jetzt neu aufgefundene Planet viel zu weit innen. Dort wäre die Gasscheibe um den sich bildenden Stern nicht kühl genug und ihre Rotation zu schnell, um die Bildung von Planetesimalen zu erlauben. Andererseits sind die drei anderen Planeten zu weit vom Zentrum der protoplanetaren Scheibe entfernt – ihre Entstehung müsste länger dauern als die Lebensdauer des Sterns. Auch ist es kaum möglich, dass alle vier Planeten weiter innen oder weiter außen entstanden und dann erst an ihre heutigen Orte gewandert sind. Sie sind nämlich viel zu massereich, um einen Ortswechsel in der Kürze der Zeit vornehmen zu können.

Der Stern HR 8799 ist ein Spektraltyp A, damit deutlich heißer als unsere Sonne und auch etwas schwerer. Außerdem ist er viel jünger – wahrscheinlich nur einige Millionen Jahre alt. Da sein exaktes Alter nicht bekannt ist, verkompliziert dies die ganze Sache noch.

keckobservatory.org
HR 8799
(Bild: keckobservatory.org)

Wenn man nicht weiß, wie alt der Stern ist, kann man die Masse seiner Begleiter nur schwer bestimmen. Um dies heraus zu bekommen, müssten die Wissenschaftler einige Jahrzehnte warten. In dieser Zeit haben die Exos ihren Zentralstern einmal umkreist und somit könnte ihre Masse mit den keplerschen Gesetzen berechnet werden. Da die Astronomen solange nicht warten wollen nehmen sie ein Alter von HR 8799 von 30 bis 160 Millionen Jahren an, was bedeutet, dass die Massen der Begleiter gerade noch im planetaren Bereich liegen und keine Braunen Zwerge sind.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Objekte um HR 8799 in einer resonanten Konfiguration befinden, was bedeutet, dass ihre Umlaufzeiten in einem ganzzahligen Verhältnis stehen. Dies setzt voraus, dass die Planeten nicht zu schwer sind; die jeweilige Masse darf 13 Jupitermassen nicht überschreiten, damit die Resonanz nicht zusammenbricht. Des Weiteren gilt, dass das gesamte System, einschließlich der beiden Trümmergürtel, mindestens 160 Millionen Jahre lang stabil sein muss.

Es ist jetzt die Aufgabe der Astronomen, entweder das genaue Alter dieses Systemes zu ermitteln oder aber die exakte Masse der Begleiter zu bestimmen. Erst dann kann gesagt werden, ob es sich tatsächlich um Planeten handelt. Wenn es sich dann tatsächlich um Planeten handelt, dann wäre auch die Frage zu klären, ob sie aus dem System stammen oder aber zugewandert sind.

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