Astronomie Bombardement-Geschichte eines Exoplaneten-Systems rekonstruiert

Ein internationales Team mit Schweizer Beteiligung hat untersucht, wie stark die Exoplaneten des Trappist-1-Systems während ihrer Entstehung bombardiert wurden. Das gibt Hinweise, wie sich ihre potentiell grossen Wasserreservoire bilden konnten.

Trappist-1 ist ein etwa vierzig Lichtjahre entferntes Exoplaneten-System. Die Besonderheit: Die sieben erdgrossen Gesteinsplaneten umkreisen ihren Mutterstern in perfekter Harmonie, oder perfekter Resonanz, wie es im Fachjargon heisst. Das heisst, während beispielsweise der innerste Planet acht Umkreisungen schafft, umrundet der zweitinnerste Trappist-1-Planet sein Muttergestirn fünf Mal, der dritte dreimal, der vierte zweimal, und so weiter.

Forschende gehen davon aus, dass sich solche resonanten Planeten-Ketten früh in der Entstehungsgeschichte eines Planetensystems bilden müssen, nämlich dann, wenn Gas und Staub der sogenannten protoplanetaren Scheiben die Planeten speisen. Planeten unterliegen aber auch heftigen Kollisionen und Einschlägen mit anderen Himmelskörpern – einem Bombardement, das die Harmonie gefährden kann.

Wenig Gesteinsregen über Planeten

Das Forschungsteam um Sean Raymond von der Université de Bordeaux in Frankreich simulierte nun, wie stark das Bombardement auf die Trappist-1-Planeten maximal gewesen sein konnte, ohne die sieben Geschwister aus dem harmonischen Gleichgewicht zu schubsen.

Ihr Befund: Die Planeten wurden nur von einer sehr geringen Menge an Material getroffen – maximal von einem oder mehreren Himmelskörpern, die zusammengenommen nicht schwerer als fünf Prozent der Erdmasse gewesen sein konnten. Davon berichten die Forschenden im Fachmagazin «Nature Astronomy».

In nur wenigen Millionen Jahren seien die Planeten zu ihrer schlussendlichen Grösse angewachsen- ein viel schnellerer Prozess als die Wachstumsgeschichte der Erde.

Wasser aus protoplanetaren Scheibe

Bereits frühere Studien warfen die These auf, dass sich auf den äussersten Trappist-1-Planeten flüssiges Wasser befinden könnte. Bombardierungen anderer Himmelskörper zählen zu den wichtigen Quellen für Wasser und flüchtige Elemente. Die aktuelle Untersuchung deutet jedoch darauf hin, dass potentielle, grosse Wasserreservoire bereits während der Entstehung der Planeten in der protoplanetaren Scheibe entstanden sein müssen.

Einer Mitteilung der Universität Bern zufolge könnte es sein, dass die Trappist-1-Planeten anders als die Erde von Anfang an eine Wasserstoffatmosphäre besassen und nie einen gigantischen Einschlag erlebten (laut einer gängigen Theorie kollidierte die Ur-Erde mit dem marsgrossen Protoplaneten Theia vor 4,5 Milliarden Jahren, was zur Bildung der heutigen Erde führte). Die Prozesse während der Planetenentstehung wirken sich auf die Entwicklung des Planeteninneren, den Verlust von flüchtigen Substanzen und generell auf die Lebensfreundlichkeit eines Planeten aus.

Vom Weltraumteleskop «James Webb» der Nasa oder vom Extremely Large Telescope in Chile erhoffen sich die Forschenden, dass die Instrumente es künftig ermöglichen werden, die Atmosphären von Exoplaneten direkt zu beobachten. «Diese Beobachtungen werden uns weitere Hinweise beispielsweise zur möglichen Bewohnbarkeit von Planeten liefern», sagte der Berner Astronom und Mitautor Simon Grimm gemäss der Mitteilung.

An der Studie waren acht Hochschulen aus den USA und Europa beteiligt, darunter Forschende der Universitäten Bern, Genf und Zürich.

https://www.nature.com/articles/s41550-021-01518-6