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Ein Planet von dieser Größe sollte nicht um einen so kleinen Stern kreisen. Und doch ist TOI 5205b genau da und zwingt Astronomen, einige ihrer vertrautesten Vorstellungen zur Entstehung von Welten neu zu überdenken.
Das ungewöhnliche System erregte erstmals Aufmerksamkeit, als Forscher, die einen unscheinbaren Roten Zwerg untersuchten, einen Gasriesen etwa in der Größe Jupiters entdeckten. Auf dem Papier klingt das vielleicht nicht außergewöhnlich. Wir wissen bereits, dass Riesenplaneten in der Galaxis häufig sind. Doch das Verhältnis von Größe verändert alles. TOI 5205b ist im Vergleich zu seinem Zentralstern enorm und misst fast ein Viertel dessen Durchmesser. Jedes Mal, wenn er vor dieser schwachen roten Sonne vorüberzieht, verdunkelt er etwa 7 Prozent des Sternenlichts und erzeugt damit einen der tiefsten jemals gemessenen Exoplanetentransite.
Das allein hätte es bereits bemerkenswert gemacht. Was es wirklich rätselhaft macht, ist jedoch der Stern selbst. Rote Zwerge sind im Vergleich zu Sternen wie unserer Sonne klein, kühl und massearm. Der Stern, der TOI 5205b beherbergt, besitzt nur etwa 40 Prozent der Sonnenmasse. Nach den gängigen Modellen der Planetenentstehung hätte ein solcher Stern nicht genügend Rohmaterial in seiner protoplanetaren Scheibe gehabt, um überhaupt einen Gasriesen zu bilden. Deshalb begannen Astronomen, TOI 5205b einen „verbotenen“ Planeten zu nennen, nicht als dramatische Zuspitzung, sondern weil die üblichen Regeln hier offenbar versagen.
Nun hat sich das Rätsel vertieft. Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops betrachteten Wissenschaftler die Atmosphäre des Planeten genauer und fanden neue Hinweise, die dieses ungewöhnliche Objekt noch schwerer erklärbar machen. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Das Astronomische Journal, deuten auf eine Atmosphäre mit überraschend geringem Anteil schwerer Elemente im Verhältnis zu Wasserstoff hin. In der Planetenforschung bezeichnet man diese schwereren Elemente, also alles jenseits von Wasserstoff und Helium, als Metallizität. Und in diesem Fall scheint TOI 5205b ärmer an diesen Bestandteilen zu sein als Jupiter und Saturn.
Das ist wichtig. Die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Gasriesen kann Fingerabdrücke aus seiner frühesten Geschichte bewahren und Hinweise darauf geben, wo er entstanden ist, welche Materialien verfügbar waren und wie sich sein Inneres im Lauf der Zeit entwickelt hat. TOI 5205b scheint nicht dem chemischen Muster zu folgen, das Astronomen von einem Riesen erwarten würden, der einen so kleinen Stern umkreist. Noch rätselhafter ist, dass der Planet offenbar eine geringere Metallizität aufweist als sein eigener Zentralstern, eine Diskrepanz, die weitreichende Folgen für Theorien der Gasriesenbildung haben könnte.
Die Erstautorin Anjali Piette von Carnegie Science erklärte, die Ergebnisse könnten die Auffassung der Forschenden über die frühesten Stadien der Bildung von Gasriesen verändern. Das ist keine Übertreibung. Das Standardbild beginnt mit einem jungen Stern, umgeben von einer rotierenden protoplanetaren Scheibe aus Restgas und Staub. In dieser Scheibe verbinden sich Materialklumpen allmählich. So können felsige Planeten entstehen, aber auch die festen Kerne zukünftiger Gasriesen. Erreicht einer dieser Kerne eine kritische Masse, die oft auf rund das Zehnfache der Erdmasse geschätzt wird, kann er schnell große Mengen Gas anziehen und zu einem Jupiter-ähnlichen Planeten aufquellen.
Hier liegt der Haken: Um einen kleinen Roten Zwerg herum sollte deutlich weniger Baumaterial vorhanden sein. Die Erreichung dieser kritischen Kernmasse müsste daher viel schwieriger sein. Wie hat TOI 5205b das also geschafft? Diese Frage bleibt offen.
Die neuen Webb-Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Antwort tief im Inneren des Planeten liegen könnte. Eine Möglichkeit ist, dass schwere Elemente beim Entstehungsprozess von TOI 5205b nach innen gewandert sind, wodurch die obere Atmosphäre relativ arm an Metallen blieb, während das Innere angereichert wurde. Wenn Atmosphäre und tiefe Schichten nicht mehr effizient durchmischt werden, könnte der Planet diese ungewöhnliche chemische Trennung sehr lange bewahren. Co-Autor Shubham Kanodia merkte an, die Daten könnten auf eine kohlenstoffreiche, aber sauerstoffarme Atmosphäre hindeuten, ein weiteres Zeichen dafür, dass sich diese Welt auf eine sehr andere Weise gebildet haben könnte als die Gasriesen in unserem Sonnensystem.
Genau das macht TOI 5205b so faszinierend. Es ist nicht nur ein ungewöhnlicher Exoplanet. Es ist ein Belastungstest für die Planetenforschung. Jedes Mal, wenn Astronomen eine Welt entdecken, die eigentlich nicht existieren dürfte, erhalten sie die Chance zu erkennen, dass die Natur erfinderischer ist als die Modelle, mit denen man sie zu beschreiben versucht. Und da Webb nun die Atmosphären ferner Planeten in bislang ungeahnter Detailtiefe freilegt, könnte uns das Universum bald viele weitere sogenannte verbotene Welten präsentieren.
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