Mittlerweile wissen wir, dass das Universum eine deutlich breitere Palette an Planeten hervorbringt, als es die Verhältnisse in unserem Sonnensystem vermuten lassen: Supererden, Heiße Jupiter, Mini-Neptune und mehr, der Möglichkeiten gibt es offenbar viele. Nun berichtet ein internationales Team unter der Leitung von belgischen Forschenden von der Entdeckung eines besonders exotischen Exemplars: Die merkwürdige Riesenwelt WASP-193b ist gemessen an ihrer Größe ein verblüffendes Leichtgewicht, seine Dichte entspricht im Grunde jener von Zuckerwatte.

Der neue Exoplanet in rund 1200 Lichtjahren Entfernung umkreist einen weitgehend sonnenähnlichen Stern, ist um gut 50 Prozent größer als Jupiter, besitzt aber nur etwa ein Siebentel seiner Masse. Mit seiner extrem geringen Dichte rangiert WASP-193b damit an zweiter Stelle hinter Kepler-51d, der allerdings viel kleiner ist.

Illustration des Exoplaneten WASP 193b
Der neu entdeckte Exoplanet WASP-193b ist so fluffig wie Zuckerwatte. Wie so ein Planet entstehen kann, ist noch weitgehend unklar.
Illustr.: ESA/Hubble, NASA, M. Kornmesser.

Planetare Anomalie

"Seine extrem niedrige Dichte macht ihn zu einer echten Anomalie unter den mehr als fünftausend bisher entdeckten Exoplaneten", sagte Khalid Barkaoui von der Universität Lüttich, Erstautor der nun im Fachjournal Nature Astronomy veröffentlichten Studie. Diese besondere Fluffigkeit stellt Planetologinnen und Planetologen freilich vor ein Problem, denn sie lässt sich mit den Standardmodellen für nahe an ihren Sternen kreisenden Gasriesen nicht erklären – selbst wenn man von der unrealistischen Annahme ausgehen würde, dass WASP-193b keinen festen Kern besitzt.

Erspäht wurde der neue Exot zunächst von der Wide Angle Search for Planets (WASP), einer internationalen Kollaboration, die zwei automatisierte Observatorien betreibt. In den zwischen 2006 und 2012 gesammelten Daten entdeckte man mit dem WASP-South-Observatorium in Südafrika beim Stern WASP-193 periodische Lichtschwankungen. Daraus schlossen die Forschenden auf einen Planeten, der alle 6,25 Tage vor dem Stern vorbeizieht. Aus der Bedeckung bei jedem Transit konnte die Größe des Planeten berechnet werden.

Fluffig wie Zuckerwatte

Weitere Beobachtungen mit den Observatorien Trappist-South und Speculoos-South in der chilenischen Atacama-Wüste lieferten zusätzliche Details bezüglich WASP-193b, darunter auch seine Masse. Das Gesamtbild, das sich daraus ergab, verblüffte das Forschungsteam: Offenbar hat man hier eine Welt vor sich, die zwar rund 1,5-mal so groß ist wie Jupiter, aber nur 0,14 Jupitermassen auf die Waage bringt. Die daraus resultierende Dichte beträgt etwa 0,059 Gramm pro Kubikzentimeter. Zum Vergleich: Die Dichte von Jupiter beträgt etwa 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter, die der Erde 5,51 Gramm pro Kubikzentimeter, und die Dichte von Zuckerwatte beträgt rund 0,05 Gramm pro Kubikzentimeter.

"Der Planet ist so leicht, dass es schwierig ist, an ein analoges Material in festem Zustand zu denken", sagte Ko-Autor Julien de Wit vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). "Der Grund, warum er der Zuckerwatte dichtemäßig so nahe kommt, ist: Der Exoplanet und die bauschige Süßigkeit bestehen beide hauptsächlich aus Luft beziehungsweise im Fall des Planeten aus Wasserstoff und Helium. Bei WASP-193b bilden diese Gase wahrscheinlich eine enorm aufgeblähte Atmosphäre, die zehntausende von Kilometern weit ins All hinaus reicht.

Rätselhafter Ausreißer

Wie genau sich ein Planet so stark aufblähen kann, stellt die Astronominnen und Astronomen allerdings vor ein veritables Rätsel, für das die etablierte Theorie zur Planetenentstehung keine vernünftige Lösung liefert. Eine solche Fluffigkeit erfordere eine erhebliche Energiezufuhr tief im Inneren des Planeten, erklären die Forschenden, und die Mechanismen dahinter seien noch nicht bekannt.

"Wir wissen nicht, wo wir diesen Planeten in all den planetaren Geburtsszenarien, die wir derzeit haben, einordnen sollen. Er ist ein Ausreißer", sagte Francisco Pozuelos vom Andalusischen Astrophysikalischen Institut in Spanien. "Erst eine genauere Beobachtung seiner Atmosphäre wird es uns ermöglichen, den Entwicklungsweg dieses Planeten einzugrenzen."

Illustration zum Exoplaneten Speculoos 3b
Speculoos-3 b ist ein etwa erdgroßer Exoplanet, der um einen gerade einmal Jupiter-großen Stern kreist.
Illustr.: Lionel Garcia

Erdgroßer Planet um winzigen Stern

Weniger rätselhaft, aber nicht minder spektakulär ist die Entdeckung eines anderen Exoplaneten, die am Mittwoch im Fachjournal Nature Astronomy vorgestellt wurde. Ein Team um Astronomen Michaël Gillon (ebenfalls Universität Lüttich) fand in 55 Lichtjahren Distanz eine etwa erdgroße Welt. Das Besondere an diesem Fund ist der geradezu winzige Stern, den der neu entdeckte Planet umkreist.

Der Stern mit dem klingenden Namen Speculoos-3 gilt als ultrakühler Zwergstern und ist kaum größer als unser Jupiter. Es ist erst das zweite Mal, dass um diese Art von Stern Planeten beobachtet werden konnten. Ultrakühle Zwergsterne sind die masseärmsten Sterne in unserem Universum. Sie besitzen nur ein Zehntel der Masse der Sonne und sind hundertmal leuchtschwächer als unser Heimatstern. Dafür ist ihre Lebenserwartung um das mehr als Hundertfache höher: Ultrakühle Zwerge werden die letzten Sterne sein, die noch leuchten, wenn das Universum in ferner Zukunft allmählich erkaltet.

Heiß und ohne Atmosphäre

Obwohl sie im Kosmos weitaus häufiger vorkommen als sonnenähnliche Sterne, sind ultrakalte Zwergsterne aufgrund ihrer geringen Leuchtkraft noch immer schlecht erforscht. Insbesondere ist nur sehr wenig über ihre Planeten bekannt, obwohl sie vermutlich einen erheblichen Teil der Planetenpopulation unserer Milchstraße beherbergen. Umso größer war daher die Freunde, als Forschende den Exoplaneten Speculoos-3 b identifizieren konnten. "Der Planet hat praktisch die gleiche Größe wie unsere Erde", sagte Gillon. "Allerdings braucht er für eine Umrundung seines Muttergestirns nur etwa 17 Stunden. Wir gehen davon aus, dass der Planet synchron rotiert, sodass immer dieselbe Seite dem Stern zugewandt ist."

Unter solchen Umständen ist das Vorhandensein einer Atmosphäre um den Planeten höchst unwahrscheinlich, vermutet das Team. Die enorme Hitze, die aufgrund der großen Nähe zum Stern auf der Oberfläche herrscht, machen Speculoos-3 b daher kaum zu einem geeigneten Kandidaten für die Suche nach Leben im All. "Dennoch könnten wir hier viel über ultrakalte Zwergsterne lernen, was wiederum mehr Informationen dazu liefert, ob solche Systeme potenziell lebensfreundliche Planeten beherbergen können", meinten die Forschenden. (tberg, 15.4.2024)