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Exoplaneten: Ein Diamant so groß wie ein Planet?

Pulsarplanet
Ein Stern wurde zu einem Planeten aus Diamant – das glauben Astronomen nun im Weltall gefunden zu haben. Die Entdeckung gelang einem internationalen Forschungsteam mit Wissenschaftlern aus Australien, Deutschland, Italien, Großbritannien und den USA, darunter Michael Kramer vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Das Team stieß auf den "Diamantplaneten" mit dem 64-Meter-Radioteleskop von Parkes in Australien und fand heraus, dass er um einen ungewöhnlichen Stern mit extrem hoher Dichte kreist, einen Pulsar. Die Daten zu dem Pulsar-Planeten-Paar ließen sich durch nachfolgende Beobachtungen mit dem Lovell-Radioteleskop in Großbritannien sowie einem der beiden Keck-Teleskope auf Hawaii bestätigen. Das System liegt in rund 4000 Lichtjahren Entfernung in Richtung des Sternbilds Schlange (Serpens) in der Ebene unseres Milchstraßensystems. Dies entspricht ungefähr einem Siebtel der Entfernung zum galaktischen Zentrum.

Pulsare stellen extrem verdichtete Endstadien der Sternentwicklung dar. Es sind rasend schnell rotierende Sterne mit Durchmessern von 10 bis 20 Kilometern, die aus Neutronen bestehen und daher die Masse unserer Sonne aufweisen können. Sie senden einen stark gebündelten Strahl von Radiowellen aus. Wenn im Zuge der raschen Rotation der Sterns der Strahl wiederholt über die Erde streicht, fängt man mit Radioteleskopen ein regelmäßig "pulsierendes" Signal auf (daher der Name "Pulsar").

Bei dem neu entdeckten Pulsar mit der Bezeichnung PSR J1719-1438 fiel den Astronomen auf, dass in den Ankunftszeiten der Pulssignale eine regelmäße Modulation liegt. Sie wird verursacht durch die Gravitation eines massearmen Begleiters, eines Planeten. Aus der Modulation der Pulsarsignale lässt sich ableiten, dass der Planet den Pulsar in gerade mal zwei Stunden und zehn Minuten umkreist. Der Abstand zwischen beiden Objekten beträgt lediglich 600 000 Kilometer – das ist nur etwas weniger als der Radius unserer Sonne. Darüber hinaus ist der Begleiter so nahe an dem Pulsar, dass er mit mehr als 60 000 Kilometer Durchmesser (weniger als die Hälfte des Jupiter-Durchmessers) auf jeden Fall durch die Schwerkraft des Pulsars auseinandergerissen würde.

Die Dichte des Planeten ist mindestens so hoch wie die von Platin und verrät einiges über seinen Ursprung. Das Wissenschaftlerteam um Matthew Bailes an der Swinburne University of Technology in Australien nimmt an, dass der Begleiterplanet den winzigen Kern eines einstmals massereichen Sterns darstellt, der nur knapp der kompletten Zerstörung entgangen ist, indem nämlich seine Materie von dem Pulsar komplett aufgesogen wurde. Der Pulsar selbst wurde in einer Datenmenge von insgesamt 200 000 Gigabyte identifiziert, mit Hilfe von speziellen Analyseprogrammen auf Supercomputern an der Swinburne University of Technology, der Universität Manchester und am INAF-Osservatorio Astronomico di Cagliari auf Sardinien.

Das Projekt ist Teil einer systematischen Suche nach Pulsaren am ganzen Himmel, an der sich das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) mit Messungen in der nördlichen Hemisphäre beteiligt. "Wir haben hier die größte und empfindlichste Kartierung von Pulsaren am ganzen Himmel, die jemals durchgeführt wurde", sagt Michael Kramer, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. "Wir erwarten eine Reihe von aufregenden neuen Ergebnissen mit diesem Programm und es ist schön zu sehen, dass dies bereits losgeht. Und es wird noch mehr kommen."

Wie ist der Pulsar zu seinem exotischen Begleiter gekommen? Und warum vermuten die Forscher, dass er aus Diamant besteht? Der Pulsar PSR J1719-1438 gehört zu der extrem schnell rotierenden Sorte, die man als Millisekunden-Pulsare bezeichnet. Er dreht sich mehr als 10 000-mal pro Minute um die eigene Achse, hat die 1,4-fache Masse der Sonne, aber einen Radius von nur rund 20 Kilometern. Ungefähr 70 Prozent dieser Pulsare haben Begleiter unterschiedlicher Art. Die Astronomen nehmen an, dass es die Begleiter sind, die noch als Stern einen alten langsam rotierenden Pulsar durch den Transfer von Masse auf eine sehr hohe Umlaufgeschwindigkeit beschleunigen. Das Resultat ist ein schnell rotierender Millisekundenpulsar mit einem in der Masse geschrumpften Begleiter – häufig einem Weißen Zwerg.

Aber der Pulsar und sein Begleitstern sind so dicht beisammen, dass es sich bei dem Begleiter nur um einen sehr stark massereduzierten Weißen Zwerg handeln kann, der seine gesamten äußeren Schichten und mehr als 99,9 Prozent der ursprünglichen Masse verloren hat. Der verbleibende Rest dürfte überwiegend aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen, mit leichteren Elementen wie Wasserstoff und Helium lassen sich die aus den Beobachtungen erhaltenen Daten nicht erklären. Die abgeleitete Dichte lässt darauf schließen, dass das Material mit Sicherheit in einem kristallinen Zustand vorliegt; ein großer Teil des Sterns könnte somit ähnlich wie Diamant aufgebaut sein.

Das endgültige Schicksal dieses Doppelsterns hängt von Masse und der Umlaufperiode des Gebersterns zur Zeit des Massentransfers ab. Das seltene Auftreten von Millisekunden-Pulsaren mit Begleitern mit der Masse von Planeten bedeutet, dass die Entstehung solcher exotischen Planeten eher die Ausnahme als die Regel darstellt und das Zusammentreffen von speziellen Bedingungen erforderlich macht.

MPIfR / Red.

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  • Quellen
MPIfR, 26. August 2011
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