Heiße Jupiter sind Riesenplaneten, von denen ursprünglich bekannt war, dass sie allein in der Nähe ihres Sterns kreisen. Es wurde angenommen, dass diese Planeten während ihrer Wanderung zu ihrem Stern alle anderen vorhandenen Planeten ansammeln oder ausstoßen. Dieses Paradigma wurde jedoch durch jüngste Beobachtungen auf den Kopf gestellt, und der endgültige Schlag könnte von einer neuen Studie der Universität Genf (UNIGE) kommen. Ein Team bestehend aus dem Nationalen Forschungsschwerpunkt (NCCR) PlanetS, den Universitäten Bern (UNIBE) und Zürich (UZH) sowie mehreren ausländischen Universitäten hat gerade die Existenz eines Planetensystems, WASP-132, mit einer unerwarteten Architektur bekannt gegeben. Es enthält nicht nur einen heißen Jupiter, sondern auch eine innere Supererde und einen eisigen Riesenplaneten. Diese Ergebnisse werden in veröffentlicht Astronomie und Astrophysik.
Heiße Jupiter sind Planeten mit einer Masse, die der von Jupiter ähnelt, die aber nahe an ihrem Stern kreisen, in einem viel geringeren Abstand als Merkur von der Sonne. Für diese Riesenplaneten ist es schwierig, dort zu entstehen, wo sie beobachtet werden, da in der Nähe des Sterns nicht genügend Gas und Staub vorhanden sind. Sie müssen sich daher weit davon entfernt bilden und im Zuge der Entwicklung des Planetensystems wandern.
Bis vor Kurzem beobachteten Astronomen, dass Heiße Jupiter isoliert um ihren Stern herum lebten und keine anderen Planeten in ihrer Nähe auftraten. Diese Beobachtung erschien umso stichhaltiger, als es eine Theorie zu ihrer Erklärung gab. Die Prozesse, die bei der Wanderung von Riesenplaneten zu ihrem Stern ablaufen, führen zur Ansammlung oder zum Ausstoß von Planeten in einer inneren Umlaufbahn. Jüngste Beobachtungen deuten jedoch auf andere Szenarien hin.
Ein Team unter der Leitung der Astronomieabteilung der UNIGE-Fakultät für Naturwissenschaften, in Zusammenarbeit mit UNIBE und UZH, als Teil des NCCR PlanetS und mit anderen internationalen Institutionen wie der University of Warwick, hat diesen Trend gerade bestätigt. Die Wissenschaftler haben die Existenz eines Multiplanetensystems entdeckt, das aus einem heißen Jupiter, einer inneren Supererde (noch näher am Stern als der heiße Jupiter) und einem äußeren massereichen Riesenplaneten (viel weiter vom Stern entfernt als der) besteht Heißer Jupiter). Wenn Heiße Jupiter in ihrem Planetensystem nicht immer allein sind, muss ihr Migrationsprozess anders sein, um die Architektur des Systems zu bewahren.
Ein einzigartiges Multiplanetensystem
Das WASP-132-System ist ein einzigartiges Multiplanetensystem. Es enthält einen heißen Jupiter, der seinen Stern in 7 Tagen und 3 Stunden umkreist; eine Supererde (ein Gesteinsplanet mit der sechsfachen Masse der Erde), die den Stern in nur 24 Stunden und 17 Minuten umkreist; und ein Riesenplanet (fünfmal so groß wie Jupiter), der den Mutterstern in fünf Jahren umkreist. Darüber hinaus umkreist ein viel massereicherer Begleiter, wahrscheinlich ein Brauner Zwerg (ein Himmelskörper, dessen Masse zwischen der eines Planeten und der eines Sterns liegt), eine sehr große Entfernung.
„Das WASP-132-System ist ein bemerkenswertes Labor für die Untersuchung der Entstehung und Entwicklung multiplanetarer Systeme.“ „Die Entdeckung eines heißen Jupiters neben einer inneren Supererde und einem entfernten Riesenplaneten stellt unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung dieser Systeme in Frage“, sagt François Bouchy, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Astronomie der UNIGE-Fakultät für Naturwissenschaften und Co-Autor der Studie. „Dies ist das erste Mal, dass wir eine solche Konfiguration beobachten!“, fügt Solène Ulmer-Moll hinzu, Postdoktorandin an der UNIGE und UNIBE zum Zeitpunkt der Studie und Mitautorin des Artikels.
Achtzehn Jahre Beobachtung
Für Exoplanetologen begann die Geschichte des Sterns WASP-132 im Jahr 2006 im Rahmen des Wide-Angle Search for Planets (WASP)-Programms. Im Jahr 2012 ermöglichte die Anhäufung von mehr als 23.000 photometrischen Messungen die Identifizierung eines Planetenkandidaten, WASP-132b, mit einem Radius vom 0,87-fachen Jupiters und einer Umlaufzeit von 7,1 Tagen. Im Jahr 2014 startete der am Schweizer Euler-Teleskop installierte und von der UNIGE geleitete CORALIE-Spektrograph eine Kampagne zur Überwachung dieses Kandidaten. Im Jahr 2016 wurde WASP-132b bestätigt und seine Masse wurde mit 0,41 Jupitermassen gemessen. Darüber hinaus deuten die CORALIE-Messungen auf die Anwesenheit eines weiteren Riesenplaneten mit sehr langer Periode hin.
Rund um denselben Stern entdeckte das Weltraumteleskop TESS Ende 2021 das Signal einer vorbeiziehenden Supererde mit einem Durchmesser von 1,8 Erdradien und einer Periode von nur 1,01 Tagen. Im ersten Halbjahr 2022 maß der HARPS-Spektrograph am La Silla-Observatorium im Rahmen eines von David Armstrong von der University of Warwick geleiteten Programms die Masse dieser Supererde, die sechsmal so groß ist wie die Masse der Erde.
„Die Entdeckung der inneren Supererde war besonders aufregend“, erklärt Nolan Grieves, zum Zeitpunkt der Studie Postdoktorand in der Abteilung für Astronomie der UNIGE-Fakultät für Naturwissenschaften und Erstautor der Arbeit. „Wir mussten eine intensive Kampagne mit HARPS und optimierter Signalverarbeitung durchführen, um seine Masse, Dichte und Zusammensetzung zu charakterisieren und einen Planeten mit einer ähnlichen Dichte wie die Erde zu entdecken.“
Die Beobachtungen von WASP-132 sind jedoch noch nicht abgeschlossen, da der Gaia-Satellit der ESA seit 2014 die winzigen Variationen in den Positionen von Sternen misst, mit dem Ziel, ihre planetarischen Begleiter und äußeren Braunen Zwerge zu entdecken.
Ein neues Verständnis der Planetenentstehung
Die Entdeckung eines äußeren kalten Riesenplaneten und einer inneren Supererde verleiht dem WASP-132-System eine weitere Ebene der Komplexität. Die Standardhypothese einer Wanderung des heißen Jupiters durch dynamische Störung ins Innere trifft nicht zu, da dies die Umlaufbahnen der beiden anderen Planeten destabilisiert hätte. Stattdessen deutet ihre Anwesenheit auf einen stabileren und dynamisch „kühleren“ Migrationspfad in einer protoplanetaren Scheibe für den heißen Jupiter hin, der seine Nachbarn schützt.
Die Kombination präziser Radius- und Massenmessungen ermöglichte es auch, die Dichte und innere Zusammensetzung der Planeten zu bestimmen. Der heiße Jupiter WASP-132b zeigt eine Anreicherung schwerer Elemente mit etwa 17 Erdmassen, was mit Modellen der Entstehung von Gasriesen übereinstimmt. Die Supererde hat eine von Metallen und Silikaten dominierte Zusammensetzung, die der der Erde ziemlich ähnlich ist.
„Die Kombination eines heißen Jupiters, einer inneren Supererde und eines äußeren Riesenplaneten im selben System stellt wichtige Einschränkungen für Theorien der Planetenentstehung und insbesondere ihrer Migrationsprozesse dar“, schließt Ravit Helled, Professor an der UZH und Co -Autor der Studie. „WASP-132 demonstriert die Vielfalt und Komplexität multiplanetarer Systeme und unterstreicht die Notwendigkeit sehr langfristiger, hochpräziser Beobachtungen.“
