In rund 133 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schwan (lateinisch: Cygnus) zieht der massereiche Exoplanet 29 Cygni b seine Bahnen um den Stern 29 Cygni. Auf den ersten Blick nichts Ungewöhnliches – doch die wahre Natur des Gasobjekts ist alles andere als eindeutig. Mit etwa 15 Jupitermassen und dem 1,3-Fachen seines Radius bewegt er sich an der Grenze zwischen Planeten und Braunen Zwergen. Ein Team um William Balmer von der Johns Hopkins University hat nun das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) direkt auf dessen Atmosphäre gerichtet, um darin Hinweise auf seine Entstehungsgeschichte zu finden und seine Einordnung zu klären.

Der Übergang zwischen großen Gasplaneten und Braunen Zwergen ist oft fließend. Zwar ähneln sich beide äußerlich stark, doch ihre Entstehung unterscheidet sich grundlegend: Planeten bilden sich üblicherweise durch die Akkretion von Material in einer protoplanetaren Scheibe und werden dabei mit schweren Elementen angereichert. Braune Zwerge hingegen können – ähnlich wie Sterne – auch durch den direkten Kollaps einer Gaswolke entstehen.

Mit dem NIRCam-Instrument an Bord des JWST beobachtete die Gruppe 29 Cygni b im nahen infraroten Spektralbereich (siehe »Im Blick des JWST«). Im Lichtspektrum fanden sich ausgeprägte Absorptionslinien von Kohlendioxid (CO₂) und Kohlenmonoxid (CO). Insgesamt scheint die Atmosphäre etwa dreimal so stark mit schweren Elementen angereichert zu sein wie sein Heimatstern – wenngleich die Messunsicherheit ausgesprochen groß ausfällt. Die Gesamtmenge an schweren Elementen jenseits von Wasserstoff und Helium in 29 Cygni b schätzt das Team auf rund 150 Erdmassen, also etwa eine halbe Jupitermasse. Außerdem deuten die Daten auf eine globale Wolkendecke hin, vermutlich aus Silikatmineralen wie Enstatit, bei einer Atmosphärentemperatur von etwa 1000 Grad Celsius. Der Gasriese umkreist seinen etwa 1,8 Sonnenmassen schweren und äußerst schnell rotierenden Stern des Spektraltyps A2 in einer durchschnittlichen Entfernung von 16 Astronomischen Einheiten. Dies ist vergleichbar mit der Distanz von Uranus zur Sonne, der Begleiter bewegt sich dabei aber auf einer stark elliptischen Bahn (e = 0,37).

Die chemische Anreicherung ist ein starkes Indiz für eine Entstehung durch Akkretion. Wäre 29 Cygni b wie ein Stern entstanden, würde seine Zusammensetzung eher derjenigen seines Heimatsterns entsprechen. Beobachtungen mit dem CHARA-Interferometer zeigen zudem, dass seine Rotationsachse weitgehend paralell mit der von 29 Cygni ausgerichtet ist – typisch für Planeten, die sich innerhalb einer protoplanetaren Scheibe bilden; Braune Zwerge weisen hingegen häufig zufällige Orientierungen auf. Auch das geringe Massenverhältnis von nur etwa einem Prozent zu seinem Heimatstern spricht für die Klassifizierung von 29 Cygni b als Planet.

Die Arbeit legt nahe, dass die Planetenentstehung durch Akkretion selbst bei Objekten möglich ist, welche die klassische, massenbasierte Deuterium-Fusionsgrenze für Braune Zwerge erreichen oder sogar überschreiten. Das widerspricht klassischen Modellen, die bei solch massereichen Objekten eher eine stellare Entstehungsweise annehmen, und verschiebt die Grenze zwischen Planeten und Sternen ein Stück weiter.