Exzentrische Welten: Seltsame Bahnen Puzzle Astronomen

BALTIMORE - Von den mehr als 130 Planeten, die um ferne Sterne gefunden wurden, haben eine große Anzahl hoch elliptische Bahnen, verrückte längliche Formen, die Theoretiker überrascht haben, die versuchen, die Konfigurationen mit Nahkollisionen oder störenden Gasscheiben zu erklären.

Eine elliptische Umlaufbahn ist durch die Exzentrizität gekennzeichnet, die angibt, wie stark der Abstand eines Planeten von seinem Stern abweicht, wenn er ein Jahr zurücklegt. Die meisten Planeten in unserem Sonnensystem haben relativ geringe Exzentrizitäten, weniger als etwa 5 Prozent (der winzige Pluto ist eine bemerkenswerte Ausnahme und wird von einigen Astronomen nicht wirklich als Planet betrachtet).

Im Gegensatz dazu beträgt die durchschnittliche Exzentrizität extrasolarer Planeten etwa 25 Prozent. Und das sind keine Plutos. Sie sind typischerweise massiver als Jupiter.

"Die Exzentrizitäten sind das Bemerkenswerteste an diesen Planeten", sagte Geoff Marcy von der University of California, Berkeley, während eines Treffens letzte Woche am Space Telescope Science Institute (STScI). Die Konferenz wurde gegründet, um 10 Jahre erfolgreicher Exoplanetenjagd zu feiern.

Einige haben Exzentrizitäten von 80 Prozent, was so hoch ist wie die verrückten Umlaufbahnen einiger Kometen in unserem Sonnensystem.

Marcy und andere entdecken extrasolare Planeten - meistens durch einen Wobble, den sie in ihren Wirtsstars induzieren. Dieser Planet-Stern-Swingtanz scheint vielleicht auffälliger zu sein, wenn die Umlaufbahn der Planeten sehr exzentrisch ist, aber Marcy sagte, das sei nicht wahr. Wenn mehr und mehr Planeten gefunden werden, scheint es, dass hohe Exzentrizitäten üblich sind, was unser Sonnensystem eher zur Ausnahme als zur Regel macht.

"Dies ist überraschend, weil sich massive Planeten in nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen bilden würden, und Wechselwirkungen mit einer Gasscheibe würden dazu führen, dass die Exzentrizität niedrig bleibt", sagte Phil Armitage von der University of Colorado.

Es gibt viele Theorien, um Exzentrizitäten zu erzeugen - oder zu steuern -, aber die zwei Hauptideen sind, dass der Planet früh mit Lücken in der Planetenbildungsscheibe oder später mit einem anderen Planeten interagiert. Beide Theorien haben Nachteile. Beobachtungen von jungen Sternen mit Scheiben könnten helfen, das Problem zu lösen.

Planet-Planet

Das Standard-Planetenbildungsszenario umfasst felsige Kerne in einer Gasscheibe um einen Stern. Jene Kerne, die groß genug werden, fangen etwas von dem Gas ein, um ein Gasriese wie Jupiter oder Saturn zu werden.

In den meisten Fällen wird angenommen, dass die Gasscheibe die Umlaufbahn eines Planeten zirkulieren wird. Irgendwann zwischen einer Million und zehn Millionen Jahren nach der Geburt des Sterns verschwindet die Gasscheibe - entweder auf dem Stern und den Planeten, oder in den Weltraum ausgeblasen. Ohne Gas würden die Umlaufbahnen vermutlich frei sein, um zu zirkularisieren.

Wenn sich mehrere Planeten im System befinden und zwei von ihnen in naheliegenden Bahnen liegen, können sie miteinander interagieren.

"Für die extrem hohen Exzentrizitäten ist es schwer vorstellbar, dass diese ohne Planeteninteraktionen erzeugt werden", sagte Armitage.

Der kleinere Massenplanet wird oft in den Weltraum geworfen, während der Lagerplanet in einer stark elliptischen Umlaufbahn überlebt.

"Erde-große Planeten verlieren normalerweise in diesen Interaktionen", sagte David Bennett von der Universität von Notre Dame.

Es gibt Theorien, dass unser Sonnensystem mit mehr Planeten begann, aber einige wurden durch Interaktionen ausgestoßen.

Es könnte möglich sein, einen frei schwebenden Planeten zu entdecken - einen, der von einem größeren Tyrannen aus einem Sternensystem geworfen wurde. Vorherige Suchen nach diesen "Waisen" sind leer ausgegangen. Aber Bennett, der nach der Gravitationsvergrößerung von Hintergrundsternen durch Vordergrundplaneten Ausschau hält, dachte, dass diese Mikrolinsentechnik Glück haben könnte und einen dieser Streuplaneten fangen könnte.

Etwa 15 Prozent der mit Planeten gefundenen Sterne haben laut Marcy mehr als einen Planeten, aber der tatsächliche Prozentsatz könnte höher sein, weil einige sekundäre Planeten derzeit nicht nachweisbar sind. Dennoch, könnte es ein Problem sein, mehrere Planeten auf nahen Umlaufbahnen zu interagieren - wo die meisten bisher gefunden wurden -, sagte Armitage.

Ein weiteres Problem ist, dass Planeten mit geringerer Masse einen größeren exzentrischen "Kick" von einer Interaktion bekommen sollten. Aber das wird nicht beobachtet. Tatsächlich scheinen die Daten das Gegenteil zu bedeuten - dass massereichere Planeten exzentrischer sind.

Planet-Lücke

Ein alternativer Mechanismus zum Erzeugen von Exzentrizitäten könnte auftreten, während die Gasscheibe noch herum ist. Sobald ein Planet das gesamte Gas um seine Umlaufbahn gefressen hat, könnte diese Lücke in der Scheibe den Planeten aus seiner kreisförmigen Umlaufbahn ziehen.

"Wenn die Lücke groß genug wird, würden Sie erwarten, dass die Exzentrizitäten wachsen", erklärte Armitage.

Selbst wenn dies zutrifft, kann es für einen kleineren Saturn-großen Planeten ziemlich schwierig sein, eine ausreichend große Lücke zu ätzen, um eine Exzentrizität zu erzeugen.

Da dieser Mechanismus früh in der Geschichte eines Sternsystems auftritt, könnten Beobachtungen von jungen Sternen mit Scheiben bestätigen, ob Planeten-Lücke oder Planeten-Planeten-Wechselwirkungen relevant sind.

"Wenn wir Planeten beobachten könnten, die noch in ihren Scheiben eingebettet sind, könnten wir hoffentlich sagen, ob Exzentrizitäten sich früh oder spät bilden", sagte Armitage.

Das für 2011 geplante Atacama Large Millimeter Array wird voraussichtlich in der Lage sein, in die dichten Umgebungen um Sterne zu blicken und hoffentlich Planeten im Entstehungsprozess zu sehen.

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