Riskante Umgebung für junge Exoplaneten

Ein Team des Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam hat das Schicksal des jungen Sterns V1298 Tau und seiner vier Exoplaneten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass diese kürzlich entstandenen Planeten durch die intensive Röntgen­strahlung ihrer jungen Sonne aufgeheizt werden, was zur Verdampfung ihrer Gashüllen führt. Die Atmosphären der innersten Planeten könnten vollständig verschwinden, so dass nur noch die Gesteins­kerne der Planeten übrig bleiben.

Wie viel von der Atmosphäre eines Exoplaneten im Laufe der Zeit verdampft, hängt von den Eigen­schaften des Planeten ab – seiner Masse, seiner Dichte und wie nahe er sich an seiner Sonne befindet. Aber wie sehr beeinflusst ein Stern, was über Milliarden von Jahren mit seinen Planeten passiert? Um diese Frage zu beantworten, unter­suchte das Team das kürzlich entdeckte V1298 Tau. Der Zentral­stern ist ungefähr so groß wie unsere Sonne. Allerdings ist er nur etwa 25 Millionen Jahre alt, was im Vergleich zur Sonne mit ihren 4,6 Milliarden Jahren sehr jung ist. Der Stern beherbergt zwei Planeten, beide ungefähr so groß wie Neptun, die ihn sehr nah umkreisen, sowie zwei weitere Planeten, etwas weiter entfernt, in Saturn-Größe.

„Wir haben das Röntgen­spektrum des Sterns mit dem Chandra-Weltraum­teleskop beobachtet, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie stark er die Atmosphären seiner Planeten bestrahlt“, erklärt Katja Poppen­häger vom AIP. Das Team bestimmte so das mögliche Schicksal der vier Exoplaneten. Wenn das Stern-Planeten-System älter wird, dreht sich der Stern immer langsamer um seine eigene Achse. Die Rotation des Sterns ist jedoch die treibende Kraft für das Magnetfeld des Sterns, welches wiederum seine Röntgen­strahlung verursacht.

„Die Verdampfung der Exoplaneten hängt davon ab, wie sich die Rotation des Sterns in den nächsten Milliarden Jahren entwickelt. Je schneller die Rotation des Sterns abnimmt, desto weniger Atmosphäre geht den Planeten verloren“, sagt Laura Ketzer vom AIP, die ein öffentlich zugängliches Computer­programm geschrieben hat, das die Entwicklung der Planeten im Laufe der Zeit berechnet. Die Berechnungen zeigen, dass die beiden innersten Planeten des Systems ihre Atmosphäre vollständig verlieren und als felsige Kerne enden können, wenn die Rotation des Sterns im Laufe der Zeit wenig abnimmt, während der äußerste Planet weiterhin ein Gasriese bleibt.

„Für den dritten Planeten hängt es entscheidend davon ab, wie schwer er ist, was wir noch nicht wissen. Die Größe von Exoplaneten können wir mit der Transit-Methode messen, aber die Bestimmung der Planeten­masse ist viel schwieriger“, erklärt Matthias Mallonn vom AIP, der die Transit­eigen­schaften des Systems mithilfe von Beobachtungen mit dem STELLA-Teleskop des AIP neu bestimmt hat.

AIP / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  K. Poppenhaeger, L. Ketzer & M. Mallonn: X-ray irradiation and evaporation of the four young planets around V1298 Tau, Mon. Not. R. Astron. Soc., online 30. Mai 2020; DOI: 10.1093/mnras/staa1462
• Sternphysik und Exoplaneten, Sternaktivität, Forschungsschwerpunkt Kosmische Magnetfelder, AIP – Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam