Neue Studie: Geheimnis um Dichteunterschiede der Sub-Neptunen gelüftet

BerlinViele Sterne in unserer Galaxie besitzen Planeten. Die am häufigsten vorkommenden Planeten sind sogenannte Sub-Neptune, die in ihrer Größe zwischen der Erde und dem Neptun liegen. Es ist schwierig, ihre Dichte zu bestimmen. Wissenschaftler verwenden zwei Methoden, um ihre Masse zu messen: die TTV-Methode (Transit-Timing-Variation) und die Radialgeschwindigkeitsmethode. Dabei haben sie festgestellt, dass diese Methoden unterschiedliche Ergebnisse hinsichtlich der Dichte liefern.

Forscher vom NCCR PlanetS, der Universität Genf und der Universität Bern haben eine Studie durchgeführt, die im Fachjournal Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde.

Hier sind die wichtigsten Ergebnisse ihrer Untersuchung zusammengefasst:

Forschungen zeigen, dass es zwei Arten von Sub-Neptun-Planeten gibt: dichte und weniger dichte. Bei der Messung ihrer Dichte ergeben Transit-Timing-Variationen (TTV) oft niedrigere Wertangaben als die Radialgeschwindigkeitsmethode. Außerdem befinden sich Systeme, die durch TTV gemessen werden, häufig in einer orbitalen Resonanz.

Exoplaneten zwischen der Größe der Erde (etwa 6.400 km im Radius) und Neptun (etwa 25.000 km im Radius) nennt man Sub-Neptune. Etwa 30% bis 50% der sonnenähnlichen Sterne besitzen mindestens einen Sub-Neptun. Um deren Dichte zu ermitteln, berechnen Wissenschaftler ihre Masse und Größe. Eine Methode, bekannt als TTV, beobachtet zeitliche Abweichungen beim Vorbeiziehen der Planeten vor ihrem Stern aufgrund gravitativem Einfluss anderer Planeten. Eine andere Methode, die Radialgeschwindigkeitsmethode, misst Geschwindigkeitsveränderungen des Sterns durch umlaufende Planeten.

Ein Forscherteam von NCCR PlanetS, UNIGE und UNIBE untersuchte dieses Phänomen und stellte fest, dass der Unterschied auf physikalischen Ursachen beruht und nicht auf Verzerrungen. Sie fanden heraus, dass Systeme, die mit der TTV-Methode gemessen werden, oft Planeten in Resonanz enthalten, was bedeutet, dass das Verhältnis ihrer Umlaufzeiten ein einfaches Verhältnis ist. Beispielsweise kann ein Planet den Stern zweimal umkreisen, während ein anderer ihn einmal umrundet. Mehrere resonante Planeten können ein Muster namens Laplace-Resonanz bilden.

Lesen Sie auch:

Heute · 01:33

Kann Magie hörbar sein? Audiotricks für Blinde erforschen

Adrien Leleu, ein Mitautor der Studie, erklärte, dass es möglicherweise einen Zusammenhang zwischen der Dichte eines Planeten und seinen Umlaufbahnen gibt. Um dies zu bestätigen, mussten Forscher Verzerrungen in ihren Daten vermeiden. Größere, leichtere Planeten benötigen länger, um mit Radialgeschwindigkeitsmethoden entdeckt zu werden. Diese Verzögerung könnte dazu führen, dass solche Planeten übersehen und somit nicht analysiert werden, da ihre Masse unbekannt bleibt. Dies könnte die Forschung verzerren und zu einer Bevorzugung höherer Massiver, dichterer Planeten mit Radialgeschwindigkeitstechniken führen.

Nachdem die Daten bereinigt wurden, führten Wissenschaftler statistische Tests durch. Sie fanden heraus, dass Sub-Neptune in Systemen mit orbitalen Resonanzen weniger dicht sind als solche in Systemen ohne orbitale Resonanzen, unabhängig davon, wie ihre Masse gemessen wird.

Die Untersuchung nennt mehrere Gründe für diesen Zusammenhang. Ein zentraler Punkt betrifft die Entstehung von Planetensystemen. Zu Beginn bilden sich alle Systeme in einem Zustand, in dem die Umlaufbahnen der Planeten miteinander verbunden sind. Doch nur 5% dieser Systeme bleiben im Laufe der Zeit stabil. Die meisten anderen Systeme werden instabil, was zu Kollisionen zwischen den Planeten führt. Diese Kollisionen lassen die Planeten verschmelzen und dichter werden. Nach der Verschmelzung finden die Planeten neue, nicht mehr verbundene Umlaufbahnen.

Yann Alibert von der Universität Bern erklärte, dass Computersimulationen zur Entstehung und Entwicklung von Planeten zeigen, dass Planeten in Resonanz dazu neigen, weniger dicht zu sein. Die Untersuchung zeigt auch, dass die meisten Planetensysteme große Kollisionen durchgemacht haben, ähnlich der Kollision, die unseren Mond schuf, jedoch häufig noch intensiver.

Die Forschung erklärt, warum Sub-Neptune unterschiedliche Dichten aufweisen. Diese neuen Erkenntnisse vertiefen unser Verständnis darüber, wie Planetensysteme sich bilden und im Laufe der Zeit verändern.