Leichter als Zuckerwatte: Planet mit extrem geringer Dichte

Ihre mittlere Dichte ist geringer als die von Zuckerwatte: Die zwei Planeten des 1.100 Lichtjahre entfernten Sterns TOI-791 sind so groß wie Jupiter, besitzen aber nur etwa ein Dreißigstel seiner Masse. Das berichtet ein internationales Forschungsteam im Fachblatt «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society». Die Wissenschaftler hoffen nun, mit genaueren Beobachtungen etwas über die Entstehung und Entwicklung dieser rätselhaften Objekte zu erfahren.

«Bislang kennen wir nur eine Handvoll von solchen super-fluffigen Planeten», erläutert Erstautorin Georgina Dransfield von der englischen Universität Oxford. «Gleich zwei solcher Planeten in einem System zu finden, ist eine noch größere Seltenheit. Ihre extrem geringe Dichte macht sie zu faszinierenden Prüfsteinen für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen.»

Hobbyforscher hatten 2019 und 2023 die beiden Planeten von TOI-791 in den Archivdaten des Weltraumteleskops TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) aufgespürt. Dieses überwacht seit 2018 die Helligkeit von Millionen von Sternen, um nach Planeten zu suchen. Zieht ein Planet auf seiner Umlaufbahn von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorüber, so schwächt er dessen Helligkeit bei diesen Transits regelmäßig geringfügig ab und verrät auf diese Weise seine Existenz.

Mittlere Dichte von etwa 0,04 Gramm pro Kubikzentimeter

Aus der Stärke der Abschwächung des Sternenlichts können Forscher auf die Größe der Planeten schließen: Die beiden Begleiter von TOI-791 sind etwa so groß wie Jupiter. Über mehrere Jahre hinweg verfolgten Dransfield und ihre Kollegen nach der Entdeckung die Transits der Planeten und stießen dabei auf leichte Unregelmäßigkeiten. Mit ihrer Anziehungskraft stören sich die Planeten gegenseitig, und aus diesen Störungen konnten die Forscher berechnen, welche Masse die Planeten enthalten. 

Das Ergebnis war eine Überraschung: Beide sind viel leichter als Jupiter. Daraus ergibt sich eine mittlere Dichte von etwa 0,04 Gramm pro Kubikzentimeter - das ist sogar noch etwas geringer als der typische Wert von 0,05 für Zuckerwatte. Zum Vergleich: Die mittlere Dichte der Erde liegt bei 5,5, die von Jupiter bei 1,3 Gramm pro Kubikzentimetern. Wie lässt sich ein so geringer Wert erklären?

Verschiedene Erklärungsansätze für das Phänomen

Dransfield und ihre Kollegen gehen nicht davon aus, dass die Planeten tatsächlich eine fluffige Konsistenz wie Zuckerwatte besitzen - ein Himmelskörper aus derartigem Material würde unter dem Einfluss der Schwerkraft schnell zerfallen. Vielmehr vermuten die Forscher, dass die enorme Größe der Planeten - und damit ihre geringe Dichte - nur durch eine ausgedehnte Hülle aus Gas oder Staub vorgetäuscht wird. 

So könnten die Planeten einen relativ kleinen Kern aus Gestein und Metallen und entsprechend hoher Dichte besitzen, der jedoch in eine gewaltige Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium eingehüllt ist, die bei den Transits das Sternlicht schluckt. Solche Planeten können sich, wie Computersimulationen zeigen, in kühlen, staubarmen Regionen um einen jungen Stern bilden. Eine alternative Erklärung wären gewaltige Staubwolken, die beispielsweise nach Asteroiden-Einschlägen einen Planeten einhüllen könnten und ihn so scheinbar größer machen.

Mit dem Weltraumteleskop James Webb will das Team nun die beiden Planeten genauer unter die Lupe nehmen. Mit seinem hohen Auflösungsvermögen sollte das Teleskop in der Lage sein, einen Blick in die Atmosphären der Planeten zu werfen und so das Rätsel ihrer geringen Dichte zu lösen.