Planeten sind keine seltene Randerscheinung des Universums. Seit Anfang der 1990er-Jahre Astronomen erstmals planetare Objekte um andere Sterne nachweisen konnten, ist klar, dass sie vermutlich genauso häufig entstehen, wie die Sterne selbst. Annähernd 4.000 Exoplaneten jenseits unseres Sonnensystems sind den Forscher mittlerweile bekannt, Tausende weitere Kandidaten harren noch ihrer Bestätigung.

Ebenso offensichtlich wurde in den vergangenen Jahrzehnten, dass dort draußen fremde Welten existieren, die nur wenig mit den Planeten unseres Sonnensystems gemein haben. Eine besonders exotische Klasse von Exoplaneten hat nun ein Team von Forscher der Universitäten Zürich in der Schweiz und Cambridge in England identifiziert. Diese speziell Variante von Supererden, also Planeten in der Größenordnung zwischen der Erde und dem Neptun, entstand bei hohen Temperaturen nahe an ihrem Mutterstern und enthält besonders viel Kalzium, Aluminium und deren Oxide wie Saphir und Rubin.

Kein Eisen im Kern

Eine dieser Edelsteinwelten umkreist 21 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Kassiopeia seinen Mutterstern in geringem Abstand in nur drei Tagen. Die Masse dieses HD219134 b bezeichneten Exoplaneten entspricht knapp fünf Erdmassen. Im Unterschied zur Erde hat der Exoplanet wahrscheinlich keinen massiven Kern aus Eisen, sondern ist reich an Kalzium und Aluminium.

"Womöglich schimmert er violett-rötlich wie Rubine und Saphire, denn das sind Aluminiumoxide, die auf diesem Planeten häufig vorkommen", sagt Caroline Dorn, Astrophysikerin am Institut für Computergestützte Wissenschaften (ICW) der Universität Zürich. HD219134 b ist einer von drei Kandidaten, die wahrscheinlich dieser neuen Klasse von Exoplaneten angehören, wie die Forscher in den "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" berichten.

Im Gasnebel geboren

Die Wissenschafter untersuchten zunächst die Entstehung von Planeten mit theoretischen Modellen und verglichen ihre Resultate mit den Daten von Beobachtungen. Man weiß, dass Sterne wie die Sonne bei ihrer Geburt von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben waren, in der sich die Planeten formten. Gesteinsplaneten wie die Erde bildeten sich aus den festen Brocken, die übrig blieben, als sich die protoplanetare Gasscheibe auflöste. Diese Bausteine kondensierten aus dem Gasnebel, als sich die Scheibe abkühlte.

"Normalerweise entstehen diese Bausteine in Regionen, wo gesteinsformende Elemente wie Eisen, Magnesium, Silizium auskondensiert sind", erklärt Dorn. Die daraus gebildeten Planeten zeigen eine erdähnliche Zusammensetzung mit einem Eisenkern. Die meisten der bisher bekannten Supererden sind in solchen Regionen entstanden.

Doch es gibt auch Bereiche nahe am Stern, wo es viel heißer ist. "Dort befinden sich manche Elemente noch in der Gasphase und die Planetenbausteine haben eine völlig andere Zusammensetzung", sagt die Astrophysikerin. In ihren Modellen berechnete die Forschungsgruppe, wie ein Planet aussieht, der in einer solchen, heißen Region entstanden ist. Das Resultat: Kalzium und Aluminium werden neben Magnesium und Silizium zu Hauptbestandteilen, Eisen gibt es dagegen kaum. "Deshalb können solche Planeten beispielsweise kein Magnetfeld wie die Erde haben", sagt Dorn. Und weil die innere Struktur so anders ist, werden sich auch ihr Abkühlverhalten und die Atmosphären von denjenigen der normalen Supererden unterscheiden.

Exoplaneten von überraschend geringer Dichte

Spannend sei, dass diese Objekte völlig anders als die Mehrheit der erdähnlichen Planeten seien, sagt Dorn. Ob ihre Zusammensetzung tatsächlich so edelsteinreich ist, ist jedoch nicht mit letzter Gewissheit bewiesen, die Wahrscheinlichkeit dafür ist allerdings groß. "Wir haben in unseren Berechnungen gefunden, dass diese Planeten 10 bis 20 Prozent geringere Dichten aufweisen als die Erde", erklärt die Erstautorin der Studie. Genau solche, bereits bekannte Exoplaneten mit etwas geringeren Dichten analysierte das Team in der Folge näher.

"Wir haben jeweils verschiedene Szenarien angeschaut, mit denen sich der beobachtete Wert erklären ließe», sagt Dorn. So könnte eine dicke Atmosphäre zu einer insgesamt kleineren Dichte führen. Doch zwei der untersuchten Exoplaneten, 55 Cancri e und WASP-47 e, umkreisen ihren Stern so nahe, dass ihre Oberflächentemperatur fast 3.000 Grad beträgt und sie diese Gashülle schon längst verloren hätten.

Keine Diamanten, aber immerhin...

"Auf HD219134 b ist es weniger heiß und die Situation etwas komplizierter", erklärt Dorn. Auf den ersten Blick ließe sich die geringere Dichte beispielsweise auch durch tiefe Ozeane erklären, wäre da nicht ein zweiter Planet, der den Stern etwas weiter draußen umkreist. Ein Vergleich der beiden Objekte ergab, dass der innere Planet nicht mehr Wasser oder Gas enthalten kann. Unklar ist noch, ob Ozeane aus Magma zur geringeren Dichte beitragen können.

"Damit haben wir drei Kandidaten gefunden, von denen wir annehmen können, dass sie zur neuen Klasse von Supererden mit dieser exotischen Zusammensetzung gehören", sagt die Astrophysikerin. Die Wissenschafter korrigieren damit auch ein früheres Bild der Supererde 55 Cancri e. Diese hatte 2012 Schlagzeilen gemacht als "Diamant am Himmel". Forscher hatten angenommen, dass der Planet zu einem großen Teil aus Kohlenstoff besteht, mussten diese Theorie aber aufgrund nachfolgender Beobachtungen revidieren. "Wir machen den vermeintlichen Diamant-Planeten nun zum Saphir-Planeten", sagt Dorn. (red, 25.12.2018)