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Erster Exoplanet, der einen kleinen Stern rückwärts umkreist, entdeckt
Ein kleiner Exoplanet um den Roten Zwerg GJ 3090 läuft entgegen der Drehrichtung seines Sterns. Messungen mit dem Infrarotspektrografen NIRPS ergeben für GJ 3090 b eine Bahnneigung von rund 136 Grad. Weil die Forscher keinen massereichen äußeren Begleiter finden, der diese extreme Ausrichtung leicht erklären könnte, rücken ungewöhnliche Bedingungen bei der Planetenentstehung in den Fokus.
Genf (Schweiz). Planeten entstehen gewöhnlich in einer Scheibe aus Gas und Staub, die sich zusammen mit ihrem Stern in eine bevorzugte Richtung dreht. Deshalb bewegen sich die meisten Planeten annähernd in dessen Äquatorebene und in derselben Umlaufrichtung, während stark gekippte oder sogar rückläufige Bahnen darauf hindeuten, dass die ursprüngliche Ordnung eines Systems gestört wurde oder bereits ungewöhnlich entstand.
Solche extremen Fehlstellungen sind bislang vor allem aus Systemen mit größeren Sternen bekannt. Bei massearmen M-Zwergen war dagegen kein Planet mit bestätigter retrograder Bahn bekannt, bis GJ 3090 b nun erstmals ein solches Beispiel liefert.
Ein internationales Team unter Erstautor Yann Carteret vom Astronomie-Departement der Université de Genève (UNIGE) hat die räumliche Ausrichtung des Systems mit dem Nahinfrarot-Spektrografen NIRPS untersucht. Das Instrument steht am 3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) in La Silla in Chile und ermöglicht hochpräzise Messungen an kühlen Sternen wie GJ 3090.
Für GJ 3090 b bestimmen die Forscher den Winkel Psi zwischen der Bahnebene des Planeten und der Äquatorebene des Sterns auf etwa 136 Grad. Weil Werte über 90 Grad eine rückläufige Konfiguration bedeuten, umkreist der Planet GJ 3090 in entgegengesetzter Richtung zur Rotation des Sterns.
GJ 3090 b selbst ist ein Sub-Neptun mit rund 2,2 Erdradien und 4,5 Erdmassen. Entdeckt wurde er ursprünglich mit dem Weltraumteleskop TESS über regelmäßige Helligkeitseinbrüche beim Vorübergang vor seinem Stern, während NIRPS den Planeten bestätigte, seine Masse präzisierte und zugleich half, zwei weitere Planeten im System nachzuweisen.
Eine naheliegende Erklärung für stark gekippte Planetenbahnen sind gravitative Wechselwirkungen mit einem weiteren massereichen Körper. Die Beobachtungen liefern bei GJ 3090 aber weder Hinweise auf einen weit entfernten Sternbegleiter noch auf einen ausreichend massereichen äußeren Planeten, der die extreme Fehlstellung ohne Weiteres erzeugen könnte.
„Das Fehlen eines massereichen Begleiters, der diese ungewöhnliche Umlaufbahn erklärt, wird uns dazu bringen, andere Hypothesen zu untersuchen“, erklärt Vincent Bourrier von der UNIGE.
Als Alternative diskutiert das Team ein Szenario aus der frühen Entstehungsphase. Der junge Stern könnte zusätzlich Material aus einer zweiten, gegenüber seiner ursprünglichen Scheibe stark verkippten und rückläufigen Gasscheibe aufgenommen haben. Bildeten sich die Planeten daraus, hätten sie ihre ungewöhnliche Orientierung bereits bei der Entstehung geerbt, statt erst später durch einen heftigen dynamischen Prozess gekippt zu werden.
Die Entdeckung erweitert die kleine Gruppe stark fehlgestellter Mehrplanetensysteme. Nach Angaben der Forscher sind bislang nur fünf weitere Systeme mit einem Planeten bekannt, dessen Psi-Winkel über 70 Grad liegt, während sich GJ 3090 von diesen Beispielen gerade dadurch unterscheidet, dass ein offensichtlicher massereicher Störer fehlt.