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Gesteinsplaneten: Gibt es „Mega-Erden“ wirklich?
Einige vermeintlich extrem schwere Gesteinsplaneten könnten nur ein Messartefakt sein. Eine Auswertung von 333 kleinen Exoplaneten zeigt, dass alle acht außergewöhnlich dichten Kandidaten um magnetisch aktive Sterne kreisen. Deren Oberflächenaktivität könnte die Massenbestimmung verfälschen und damit den scheinbaren Widerspruch zu gängigen Modellen der Planetenentstehung erklären.
Montreal (Kanada). Gesteinsplaneten sollten nicht beliebig schwer werden können. Überschreitet ihr wachsender Kern eine bestimmte Masse, zieht er während seiner Entstehung größere Mengen Gas an und entwickelt eine dichte Hülle. Nach Modellrechnungen entstehen deshalb gewöhnlich keine gasfreien Felswelten mit deutlich mehr als etwa zehn Erdmassen.
Trotzdem wurden in den vergangenen Jahren mehrere deutlich schwerere, ungewöhnlich kompakte Exoplaneten beschrieben. Um ihre Existenz zu erklären, diskutierten Astronomen etwa späte Zusammenstöße oder den Verlust einer ehemals mächtigen Gashülle. Doch auch Fehler bei der Massenbestimmung könnten diese rätselhaften Mega-Erden scheinbar entstehen lassen.
Forscher der McGill University um Dr. Casey L. Brinkman haben nun untersucht, ob die vermeintlichen Mega-Erden mit der Aktivität ihrer Zentralsterne zusammenhängen. Dafür werteten sie veröffentlichte Messungen aus dem NASA Exoplanet Archive aus und wählten 333 Planeten aus, deren Radien weniger als vier Erdradien betragen. Berücksichtigt wurden nur geeignete Massenbestimmungen aus der Radialgeschwindigkeitsmethode, bei denen gravitationsbedingte Bewegungen des Sterns gemessen werden.
Unter den 333 Exoplaneten fanden die Forscher vier besonders auffällige Welten, deren Masse jeweils mehr als zehn Erdmassen beträgt und deren Größe zu einer felsartigen Zusammensetzung passt. Dazu zählen WASP-84 c, TOI-1347 b, TOI-2322 c und HD 63433 b. Vier weitere Kandidaten besitzen ebenfalls ungewöhnlich hohe Dichten, könnten aber größere Mengen Wasser oder anderer schwerer flüchtiger Stoffe enthalten.
Das Team verglich diese acht Planeten mit der magnetischen Aktivität ihrer Sterne. Diese lässt sich unter anderem anhand bestimmter Kalziumlinien im Sternenlicht abschätzen. Von 37 verglichenen Sternen wurden 13 als magnetisch aktiv eingestuft, und alle acht auffälligen Planeten umkreisen solche Sterne. Für die vier felsartigen Kandidaten ergab eine vereinfachte Zufallsrechnung eine Wahrscheinlichkeit von nur rund einem Prozent.
Die ungewöhnliche Häufung muss allerdings nicht bedeuten, dass gerade aktive Sterne bevorzugt schwere Felsplaneten hervorbringen. Solche Sterne sind häufig jung, während außergewöhnlich große Gesteinswelten für ihre Entstehung eher zusätzliche Zeit benötigen dürften. Aus Sicht der Autoren spricht dies gegen eine einfache Erklärung durch die Planetenentwicklung.
Bei der Radialgeschwindigkeitsmethode verrät eine winzige Verschiebung der Spektrallinien, wie ein Planet an seinem Stern zieht. Magnetisch aktive Oberflächenregionen und Sternflecken verändern aber ebenfalls das gemessene Spektrum. Dadurch können sie die periodischen Signale des Planeten überlagern oder verstärken und seine berechnete Masse zu hoch erscheinen lassen.
Besonders problematisch wird es, wenn sich die Umlaufzeit eines Planeten der Rotationsdauer seines Sterns annähert oder beide Zeiten in einem einfachen Verhältnis stehen. Dies trifft auf mehrere der untersuchten Kandidaten zu. Bei drei besonders schweren Felswelten ist das mutmaßliche Planetensignal zudem im Verhältnis zum stellaren Rauschen so schwach, dass seine zuverlässige Trennung Schwierigkeiten bereitet.
Dass Sternaktivität astronomische Schlüsse verfälschen kann, zeigte bereits eine frühere Überprüfung des vermeintlichen Exoplaneten Vulcan. Das damals als Planetensignal gedeutete Schwanken eines Sterns ließ sich später auf dessen eigene Aktivität zurückführen.