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Exoplaneten: Warum die Planeten um TRAPPIST-1 in einer Reihe bleiben

Das Planetensystem um TRAPPIST-1 gehört momentan zu den spannendsten Forschungsobjekten im All. Dabei dürfte es eigentlich gar nicht existieren. Was hält es stabil?
Das Planetensystem von TRAPPIST-1 (künstlerische Darstellung)

Im Februar 2017 versetzte eine Entdeckung im Sternsystem TRAPPIST-1 Astronomen in vergleichsweise helle Aufregung: Gleich sieben erdgroße Planeten umkreisen den Stern, und auf vier davon könnte flüssiges Wasser vorhanden sein. Seitdem steht das System unter verstärkter Beobachtung, denn eigentlich sollte es gar nicht stabil sein. Computersimulationen mit den bekannten Daten deuten an, dass die Himmelskörper eigentlich innerhalb von weniger als einer Million Jahre miteinander hätten kollidieren müssen – was nicht der Fall war. Die Planeten umkreisen ihren Stern mit jeweils relativ engen Bahnabständen zueinander, dass die Gravitation sie ins Verderben stürzen sollte. Stattdessen existiert es womöglich schon seit Milliarden Jahren und könnte noch für eine ebenso lange Zeit stabil bleiben. Daniel Tamayo von der University of Toronto und sein Team legen allerdings in "The Astrophysical Journal Letters" eine These vor, die diesen Gegensatz auflösen könnte.

Bei TRAPPIST-1 handelt es sich nicht um einen Stern wie unsere Sonne, sondern um einen kalten Zwerg, der viel kleiner und kälter ist. Alle sieben bekannten Planeten umkreisen ihn in einem maximalen Abstand von 9,7 Millionen Kilometern – zum Vergleich: Die Erde umrundet unser Zentralgestirn in einer Distanz von rund 150 Millionen Kilometern. Zum Glück für die Exoplaneten absolvieren sie ihre Runden allerdings in perfekter Resonanz, wie es die Forscher ausdrücken. In der Zeit, in welcher der innerste Planet acht Umkreisungen schafft, umrundet der zweite Himmelskörper den Stern in fünf Runden, der dritte in drei und der vierte in zwei. Die anderen drei Planeten befinden sich ebenfalls in Resonanz zueinander, weshalb Tamayo und Co von einer Bahnresonanzkette sprechen, worüber schon die ursprünglichen Entdecker in "Nature" spekuliert hatten und was Tamayo und seine Kollegen mit ihrer Modellierung bestätigen.

Auch in unserem Sonnensystem sorgt Resonanz dafür, dass Neptun und Pluto nicht zusammenstoßen, obwohl sich deren Bahnen um die Sonne kreuzen. Während Neptun die Sonne dreimal umkreist, benötigt Pluto dafür zwei Runden. Der Grund, warum das TRAPPIST-1-System stabil ist, liegt wahrscheinlich in dessen Beginn begründet. Als sich die Planeten in der planetaren Staubscheibe um den kalten Zwerg entwickelten, wurden sie von den Resten der Scheibe nach innen gestoßen. Und diese Impulse sorgten wohl letztlich dafür, dass sich die Bahnresonanz ausbildete.

© Daniel Tamayo, Matt Russo und Andrew Santaguida
Die Musik von Trappist-1

Um diesen Prozess zu veranschaulichen, haben sich die Wissenschaftler mit ihrem Kollegen Matt Russo zusammengetan, der die Bahndaten in Musiknoten umgewandelt und damit vertont hat. Immer wenn einer der Planeten vor seinem Stern vorüberzieht, erklingt ein Klavieranschlag im tonalen Harmonieverhältnis zum jeweiligen Nachbarn. Und sobald ein Planet seinen direkten Nachbarn passiert, folgt ein Trommelschlag. Herausgekommen ist dabei eine Art astronomisches Symphonieorchester, das in 40 Lichtjahren Entfernung spielt.

20/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 20/2017

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