CHEOPS deckt «Unordnung» in Planetensystem auf

Die acht Planeten unseres Sonnensystems werden in zwei Kategorien eingeteilt: Die Gesteinsplaneten und die Gasplaneten. Die inneren Planeten, die der Sonne am nächsten sind – Merkur bis Mars – sind felsig, während die äusseren Planeten – Jupiter bis Neptun – gasförmig sind. Diese Anordnung ist in unserer Galaxie häufig zu beobachten. Die Entdeckung eines Planetensystems um einen Stern namens LHS 1903, der 116 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, stellt dieses Verständnis jedoch auf den Kopf.

LHS 1903 ist ein kleiner roter Zwergstern vom Typ M und damit kühler und lichtschwächer als unsere Sonne. Ursprünglich wurden drei Planeten um den Stern entdeckt, die der gängigen Ordnung entsprechen. Mit Hilfe des CHEOPS-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, darunter Forschende der Universität Bern und der Universität Genf, die auch Mitglieder des NFS PlanetS sind, nun eine merkwürdige Entdeckung gemacht: einen vierten Planeten, der am weitesten vom Stern LHS 1903 entfernt ist und der felsig zu sein scheint. Die Ergebnisse wurden soeben in Science veröffentlicht.

Die Präzision von CHEOPS enthüllt einen Planeten, der die Regeln bricht

CHEOPS ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Schweiz unter der Leitung der Universität Bern, in Zusammenarbeit mit der Universität Genf, wo sich das Operationszentrum am Departement für Astronomie befindet. «Es ist der Präzision von CHEOPS zu verdanken, dass wir diesen neuen Planeten aufspüren konnten», sagt Monika Lendl, ausserordentliche Professorin am Departement für Astronomie der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf, Missionswissenschaftlerin der CHEOPS-Mission und Mitautorin der Studie. «Da sich Gesteinsplaneten normalerweise nicht jenseits von Gasriesen bilden, stellt dieser Planet unsere Theorien völlig auf den Kopf!»

In der Nähe des Sterns verhindert die sehr hohe Temperatur in der protoplanetaren Scheibe – wo Planeten entstehen – die Bildung einer Gashülle um die felsigen Kerne der Planeten. Umgekehrt ist die Temperatur weit weg vom Stern niedrig genug, damit sich eine dicke Atmosphäre bilden kann, die bestehen bleibt und einen Gasplaneten bildet. Dieser vierte Planet, LHS 1903 e, sollte daher ein Gasplanet sein.

Ein Spätzünder, der den Erwartungen widerspricht

Bevor das Forschungsteam das etablierte Modell in Frage stellte, schloss es mehrere Hypothesen aus: Wurde der Planet zum Beispiel irgendwann in seiner Geschichte von einem riesigen Asteroiden, einem Kometen oder einem anderen grossen Objekt getroffen, welches seine Atmosphäre weggefegt hätte? Haben die Planeten um LHS 1903 irgendwann während ihrer Entwicklung ihre Position verändert?

Die Forschenden gelangten zu einer verblüffenden Erklärung, die besagt, dass die Planeten nacheinander entstanden sein könnten und nicht gleichzeitig, wie die gängigen Theorien annehmen. Diese Idee, welche die Planetenbildung von innen nach aussen in einem System postuliert, war bereits vor etwa zehn Jahren vorgeschlagen worden, konnte aber nie bewiesen werden.

«Basierend auf den Simulationen zur Planetenentstehung, die wir an der Universität Bern seit mehreren Jahrzehnten entwickeln, konnten wir zeigen, dass LHS 1903 e viel später entstanden sein muss als seine beiden Gasriesen-Geschwister», erklärt Yann Alibert, Professor an der Abteilung für Weltraumforschung und Planetologie (WP) der Universität Bern und Mitautor der aktuellen Studie. «Der vierte Planet – mit einer Masse, die der des dritten Planeten entspricht, der eine massive Hülle aus Gas besitzt – sollte in der Tat eine grosse Menge an Gas angesammelt und zurückgehalten haben. Unsere Hypothese ist daher, dass er sich gebildet hat, nachdem das Gas aus der protoplanetaren Scheibe verschwunden war, und damit nach dem zweiten und dritten Planeten des Systems, die Gasriesen sind.»

Vielfalt der Planetensysteme

Mit der Perfektionierung der Instrumente entdecken Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler immer mehr «seltsame» Planetensysteme, die sie dazu zwingen, etablierte Theorien über die Planetenentstehung in Frage zu stellen. Letztendlich helfen diese Entdeckungen auch zu verstehen, wie unser Sonnensystem in die vielfältige Familie der Planetensysteme passt.

David Ehrenreich, ausserordentlicher Professor in der Abteilung für Astronomie an der wissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf, Vorsitzender des Wissenschaftsteams der CHEOPS-Mission und Mitautor der Studie sagt abschliessend: «CHEOPS demonstriert hier, wie neue ultrapräzise Instrumente uns dazu bringen können, unser Verständnis des Universums zu überdenken. Die Vielfalt der Planetensysteme bestätigt, dass unser Sonnensystem kein universelles Modell zu sein scheint.»