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Heiße Jupiter: Warum sich manche Planeten andersherum drehen

Heißer Jupiter im TransitLaden...
Unter den mehr als 500 extrasolaren Planeten, die man bisher entdeckt hat, umkreisen einige ihren Mutterstern entgegen dessen Rotationsrichtung. Nach heutigem Verständnis von Stern- und Planetenbildung dürfte das aber nicht sein, denn alle Begleiter sollten aus derselben Gaswolke entstehen wie ihr Stern und damit denselben "Drehsinn" haben. Computersimulationen untermauern nun einen Erklärungsansatz: Erst im Lauf der Zeit kehrte sich der Orbit durch den Gravitationseinfluss eines anderen Planeten im System um.

Heißer Jupiter im TransitLaden...
Heißer Jupiter im Transit | Auf dieser Illustration ist die Bahn eines Riesenplaneten dargestellt, der seinen Mutterstern sehr eng umkreist. Im Vergleich zu diesem dreht er sich in entgegengesetzter Richtung um seine Achse. Zurückführen lässt sich dieses untypische Verhalten auf Gravitationsstörungen, die von einem anderen weit entfernten Planeten (hier oben links eingezeichnet) verursacht werden.
Die Exoplaneten mit dem untypischen Verhalten zählen allesamt zu den jupiterähnlichen Planeten, die eng um ihren Mutterstern kreisen – sogenannten Heißen Jupitern. Smadar Naoz und ihre Kollegen von der Northwestern University in Evanston, USA, spielten nun in Computersimulationen nach, wie diese riesigen Exoplaneten ihrem Stern so nahe kommen. Ihr Modellsystem besteht aus einem sonnenähnlichen Stern mit zwei Planeten. Innen kreist ein Gasriese ähnlich Jupiter – zunächst allerdings weit vom Stern entfernt, denn hier sollten solche Riesenplaneten entstehen. Der äußere Begleiter ist ebenfalls recht groß, entweder ein Planet oder Brauner Zwerg, und tritt über seine Schwerkraft mit dem inneren Planeten in Wechselwirkung. Zu Beginn der Simulation laufen beide in Richtung der Sternrotation.

Nach vielen Millionen Jahren führt der schwache gravitative Einfluss auf den inneren Planeten zu merklichen Veränderungen im Modellsystem: Der innere Gasriese nimmt eine sehr enge und stark exzentrische Umlaufbahn um seinen Mutterstern ein. Er gibt dabei allmählich Drehimpuls an den äußeren Begleiter ab, erklären die Forscher. Zudem verliere der Planet nun einen Teil seiner Energie durch starke Gezeitenkräfte – hervorgerufen durch die Gravitation des Zentralgestirns – wodurch sein Orbit weiter schrumpft. Ab einem bestimmten Punkt entkoppeln sich die beiden Planeten und nach vergleichsweise kurzer Zeit bewegt sich der innere auf einer kreisförmigen Bahn, wo er sich zu einem Heißen Jupiter entwickelt. In diesem teils chaotischen Zusammenspiel der beiden Effekte könne sich der Orbit sogar umkehren, zeigen die Wissenschaftler in ihren Simulationen.

Rund ein Viertel der bisher beobachteten Heißen Jupiter zeigen umgedrehte Umlaufbahnen. Das Modell reproduziert sowohl diese als auch gewöhnliche Gasriesen, berichten die Forscher um Naoz. Schon beim ersten Fund eines "retrograden" Orbits hatte man spekuliert, dass andere Begleiter des Muttersterns dafür verantwortlich sind. Auch nachfolgende Studien solcher Systeme sahen den Einfluss von weiter außen befindlichen Planeten sowie Gezeitenreibung nahe des Muttersterns als Ursache für den Kurswechsel. (mp)
19. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 19. KW 2011

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