Dank der Kepler-Mission und anderer Bemühungen, Exoplaneten zu finden, haben wir viel über die Exoplanetenpopulation gelernt. Wir wissen, dass wir wahrscheinlich Supererden und Exoplaneten mit Neptunmasse finden werden, die Sterne mit geringer Masse umkreisen, während größere Planeten um massereichere Sterne herum gefunden werden. Dies stimmt gut mit der Kernakkretionstheorie der Planetenbildung überein.
Aber nicht alle unsere Beobachtungen stimmen mit dieser Theorie überein. Die Entdeckung eines Jupiter-ähnlichen Planeten, der einen kleinen roten Zwerg umkreist, bedeutet, dass unser Verständnis der Planetenbildung möglicherweise nicht so klar ist, wie wir dachten. Eine zweite Theorie der Planetenbildung, die als Scheibeninstabilitätstheorie bezeichnet wird, könnte diese überraschende Entdeckung erklären.
Der rote Zwergstern heißt GJ 3512 und ist in Ursa Major etwa 31 Lichtjahre von uns entfernt. GJ 3512 ist das 0,12-fache der Masse unserer Sonne, und der Planet GJ 3512b ist mindestens das 0,46-fache der Masse des Jupiter. Das heißt, der Stern ist nur etwa 250-mal so massereich wie der Planet. Darüber hinaus sind es nur etwa 0,3 AE vom Stern entfernt.
Vergleichen Sie das mit unserem Sonnensystem, in dem die Sonne über 1000-mal so massereich ist wie der größte Planet, Jupiter. Diese Zahlen summieren sich nicht, wenn es um die Kernakkretionstheorie geht.
Die Kernakkretionstheorie ist die am weitesten verbreitete Theorie für die Planetenbildung. Die Kernakkretion erfolgt, wenn kleine feste Partikel kollidieren und koagulieren, um größere Körper zu bilden. Das baut über lange Zeiträume Planeten. Die Funktionsweise ist jedoch begrenzt.
Sobald sich ein fester Kern bildet, der etwa 10 bis 20 Mal so groß wie die Erde ist, ist er massiv genug, um Gas anzusammeln, das eine Hülle oder Atmosphäre um den festen Kern bildet. Ein Schlüssel ist, dass die Kernakkretion je nach Entfernung vom Stern unterschiedlich funktioniert.
In einem inneren Sonnensystem hat der Stern einen Großteil des verfügbaren Materials aufgenommen, und kleinere Planeten bilden sich wie die Erde. Die Erde hat auch eine relativ kleine Atmosphäre. In einem äußeren Sonnensystem gibt es jenseits der sogenannten Frostgrenze viel mehr Material von Planeten, aus dem man sich bilden kann, obwohl das Material weniger dicht ist. Auf diese Weise erhalten wir Gasriesen mit voluminösen Atmosphären im äußeren Sonnensystem.
Im Fall von GJ 3512 fanden die Forscher jedoch einige Widersprüche zur Erklärung der Kernakkretion. Erstens ist der Grund, warum Sterne massearm sind, der, dass die gesamte Scheibe, aus der sie sich bilden, weniger Material enthält. Stars wie GJ 3512 ging einfach das Material aus, bevor sie sehr groß werden konnten. Aus dem gleichen Grund befindet sich weniger Material in der protoplanetaren Scheibe, um große Planeten zu bilden.
In ihrer Arbeit heißt es: "Die Bildung eines Gasriesen <GJ 3512b> auf diese Weise erfordert den Aufbau eines großen Planetenkerns mit mindestens 5 Erdmassen." Sie sagen, dass das um einen so massearmen Stern nicht passieren kann.
Dieses neue Sternensystem scheint die Kernakkretionstheorie als Erklärung auszuschließen. Der Planet ist im Vergleich zum Stern einfach zu massiv. Es gibt jedoch eine andere Theorie, die als Disk Instability Theory bezeichnet wird.
Wenn ein junger Stern in die Fusion hineingeboren wird, ist er von einer rotierenden protoplanetaren Materialscheibe umgeben, die von der Sternentstehung übrig geblieben ist. Aus diesem Material bilden sich Planeten. Die Scheibeninstabilitätstheorie besagt, dass die rotierende Materialscheibe schnell abkühlen kann. Diese schnelle Abkühlung kann dazu führen, dass das Material zu planetgroßen Stücken koaguliert, die unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbrechen und Gasriesen bilden können, wodurch der Kernakkretionsprozess übersprungen wird.
Während die Kernakkretion lange dauern würde, könnte die Instabilität der Festplatte große Planeten in viel kürzerer Zeit erzeugen. Dies könnte erklären, große Planeten so nahe an kleinen Sternen zu finden, wie im Fall von GJ 3512.
Die Wissenschaftler hinter dieser Arbeit fanden auch andere Kuriositäten in diesem System. Sie sagen, dass es möglicherweise einen dritten Planeten im System gibt - ebenfalls einen Gasriesen -, der GJ 3512b beeinflusst und dessen verlängerte Umlaufbahn verursacht hat. Die Anwesenheit dieses Planeten wird durch die ungewöhnliche Umlaufbahn von GJ 3512b abgeleitet und nicht beobachtet. Das Team hinter der Studie sagt, dass der zweite Planet wahrscheinlich aus dem System ausgestoßen wurde und nun ein Schurkenplanet ist.
Um dieses System besser zu verstehen, sind mehr Studien mit leistungsstärkeren Instrumenten erforderlich. Laut den Autoren ist dies eine großartige Gelegenheit, unsere Theorien zur Planetenbildung zu verfeinern. In der Schlussfolgerung des Papiers heißt es: „GJ 3512 ist ein sehr vielversprechendes System, da es vollständig charakterisiert werden kann und daher den Akkretions- und Migrationsprozessen sowie der Effizienz der Planetenbildung in protoplanetaren Scheiben und der Scheibe weiterhin strenge Einschränkungen auferlegt -zu-Stern-Massenverhältnisse.
Ein internationales Forscherteam des Konsortiums CARMENES (Calar Alto hochauflösende Suche nach M-Zwergen mit Exoearths mit Nahinfrarot- und optischen Echelle-Spektrographen) hat diese Arbeit durchgeführt. Dieses Konsortium sucht nach roten Zwergen, der häufigsten Art von Sternen in der Galaxie, in der Hoffnung, massearme Planeten in ihren bewohnbaren Zonen zu finden. CARMENES generiert nicht nur einen Datensatz zum Verständnis der Sterne der Roten Zwerge, sondern bietet durch das Auffinden erdgroßer Planeten auch eine Reihe von Follow-up-Zielen für zukünftige Studien.
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- CARMENES
