Riesenplaneten erreichen ihre endgültige Größe offenbar schon in den ersten Millionen Jahren nach ihrer Geburt. Das ergab sich aus der Untersuchung zwei Gasriesen, die den gerade einmal 20 Millionen Jahre alten sonnenähnlichen Stern V1298 Tau umkreisen. Für die Analysen griff das internationale Forscherteam auf Radialgeschwindigkeitsmessungen von Teleskopen auf La Palma, in Südspanien und auf Teneriffa zurück, darunter auch das STELLA-II-Teleskop des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP).

Die beiden jungen Gasriesen wurden 2019 anhand von Daten des Kepler-Weltraumteleskops der Nasa entdeckt, die die Messung ihrer Größe – etwas kleiner als Jupiter – und ihrer Umlaufzeiten – 24 bzw. 40 Tage für V1298 Tau b und e – ermöglichten. "Die Charakterisierung von sehr jungen Planeten ist außerordentlich schwierig", sagt Alejandro Suárez Mascareño vom Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Erstautor der im Fachjournal "Nature Astronomy" veröffentlichten Studie. "Die Elternsterne sind sehr aktiv, und bis vor kurzem war es undenkbar, es überhaupt zu versuchen".

Schwierige Messungen

"Nur dank der Kombination von Beobachtungen mit Weltraumteleskopen mit intensiven Radialgeschwindigkeitsstudien von erdgebundenen Observatorien und dem Einsatz der fortschrittlichsten Analysetechniken war es möglich zu sehen, was in frühen Stadien der Entwicklung von Planetensystemen geschieht", so der Astrophysiker. Für die neuen Messungen der Planetenmassen war es notwendig, die von den Planeten erzeugten Signale von dem fast zehnmal größeren, von der Aktivität des Sterns erzeugten, Signal zu trennen.

An dieser Stelle kommt die Spezialisierung von STELLA (STELLar Activity) ins Spiel. "Mit seiner großen Wellenlängenabdeckung von ultravioletter bis infraroter Strahlung bei einer hohen spektralen Auflösung kann STELLA die magnetische Aktivität eines Sterns verfolgen", sagt Klaus Strassmeier, wissenschaftlicher Direktor des Bereichs Kosmische Magnetfelder am AIP und Projektleiter für STELLA.

Die Studie zeigt, dass die Massen und Radien der Planeten V1298 Tau b und c überraschenderweise denen der Riesenplaneten im Sonnensystem und in anderen alten extrasolaren Planetensystemen ähneln. Die Messungen, die zum ersten Mal für junge Riesenplaneten durchgeführt wurden, ermöglichen es, die derzeitigen Konzepte der Entstehung von Planetensystemen zu überprüfen.

Fragen bleiben offen

"Seit vielen Jahren deuten theoretische Modelle darauf hin, dass Riesenplaneten ihre Entwicklung als größere Körper beginnen und sich dann über Hunderte Millionen oder sogar Milliarden von Jahren zusammenballen", erklärt Víctor J. Sánchez Béjar, Forscher am IAC und Koautor der Arbeit. "Wir wissen jetzt, dass sie in sehr kurzer Zeit eine ähnliche Größe wie die Planeten unseres Sonnensystems erreichen können."

Die Untersuchung junger Planetensysteme gibt Forschenden Aufschluss darüber, was in der Frühzeit unseres Sonnensystems geschah. Ob es sich bei V1298 Tau und seinen Planeten um einen Normalfall handelt und ihre Entwicklung derjenigen der meisten Planeten ähnelt, oder ob man es mit einer Ausnahme zu tun hat, ist allerdings noch nicht klar. Wenn dies der Normalfall wäre, würde es bedeuten, dass die Entwicklung von Planeten wie Jupiter und Saturn ganz anders verläuft als bisher angenommen. (red, 3.1.2022)