Vier neugeborene Exoplaneten von eigener Sonne gegrillt

Junge Exoplaneten leben in einer riskanten Umgebung: Ihre Sterne erzeugen große Mengen energiereiche Röntgenstrahlung, typischerweise tausend- bis zehntausendmal mehr als unsere eigene Sonne. Diese Röntgenstrahlung kann die Atmosphäre von Exoplaneten erwärmen und manchmal sogar regelrecht wegkochen.

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?

Dies ist eine Frage, mit der sich Astronominnen und Astronomen des AIP in einem neuen Artikel befassen.

Dafür untersuchten sie das kürzlich entdeckte System mit vier Planeten um den jungen Stern mit Namen 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, Hauptautorin der Studie. 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, Doktorandin am AIP und Co-Autorin der Studie, 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 Gasatmosphäre 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 Co-Autor Matthias Mallonn, der die Transiteigenschaften des Systems mithilfe von Beobachtungen mit dem STELLA-Teleskop des AIP neu bestimmt hat.

„Röntgenbeobachtungen von Sternen mit Planeten sind für uns ein zentrales Puzzleteil, um etwas über die langfristige Entwicklung der Atmosphären von Exoplaneten zu lernen“, schließt Katja Poppenhäger.

„Ich freue mich besonders über die Möglichkeiten, die sich uns durch Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop eROSITA in den nächsten Jahren eröffnen.“ Das zum Teil von AIP entwickelte eROSITA-Röntgenteleskop führt Beobachtungen des gesamten Himmels durch und liefert Röntgenstrahlungseigenschaften für Hunderte von Sternen mit Exoplaneten.

Prof. Dr. Katja Poppenhäger, 0331 7499 521, kpoppenhaeger@aip.de

K Poppenhaeger, L Ketzer, M Mallonn, X-ray irradiation and evaporation of the four young planets around V1298 Tau, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, staa1462

https://doi.org/10.1093/mnras/staa1462
https://arxiv.org/abs/2005.10240

https://bit.ly/AIP_Junge_Exoplaneten
https://github.com/lketzer/platypos/