Von den bislang bestätigten rund 4.300 Exoplaneten werden etwa zehn Prozent als sogenannte heiße Jupiter klassifiziert. Das sind Planeten mit Massen zwischen 0,4 und zwölf Jupitermassen und Umlaufperioden von weniger als 110 Tagen (was bedeutet, dass sie hohe Oberflächentemperaturen besitzen und ihren Stern in geringer Distanz umkreisen – normalerweise viel näher als Merkur an der Sonne liegt). Ein heißer Neptun besitzt eine geringere Masse; sie entspricht mehr der Masse des Neptun, also rund einem Zwanzigstel der Jupitermasse. Auch ein heißer Neptun umkreist seinen Stern in geringer Entfernung.
Astronomen untersuchen nicht nur die Eigenschaften von Exoplaneten, sondern auch wie sie sich in ihren Planetensystemen entwickeln. Heiße Jupiter und heiße Neptune sind Rätsel. Man vermutet, dass sie viel weiter außen in den kalten Regionen ihrer Systeme entstanden, so wie die Riesenplaneten in unserem Sonnensystem, aber dann nach innen an ihre derzeitigen Positionen wanderten. Belege für diese Entwicklungsgeschichte sollten unter anderem in den orbitalen Exzentrizitäten der Planeten gefunden werden, aber die sind schwer zu messen.
Die Astronomen Jonathan Irwin, David Charbonneau und Jennifer Winters vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) waren Mitglieder eines Teams, das die Entwicklung des heißen Neptuns K2-25b untersuchte, einem Exoplaneten mit einer Umlaufzeit von nur 3,48 Tagen. Seine geschätzte Masse liegt bei etwa sieben Erdmassen, und die Exzentrizität seiner Umlaufbahn beträgt 0,27. Das heißt, die Maximalentfernung zu seinem Stern übersteigt seine Minimaldistanz um rund 70 Prozent.
K2-25b hat den Vorteil, dass er in einem jungen Sternhaufen liegt, dessen Alter recht genau auf 650 Millionen Jahre bestimmt wurde. Dieses junge Alter überprüft, ob der Migrationsmechanismus genug Zeit hat, ob solch ein Prozess den Planeten mit seiner beobachteten hohen Exzentrizität zurücklassen könnte und ob ein so junger Zentralstern aktiv genug sein könnte, um den Datensatz mit Sternflecken zu kontaminieren. Der Stern selbst rotiert in 1,88 Tagen.
Das Team analysierte 22 nicht aufeinander folgende Transits des Planeten, die mit bodengestützten Observatorien und den Weltraumteleskopen Spitzer und Kepler beobachtet wurden. Daraus modellierten sie jeden Transitvorgang separat. Die Wissenschaftler schätzen, dass der Zeitrahmen für die Entwicklung in eine kreisförmige Umlaufbahn nach der Migration etwa 410 Millionen Jahre beträgt, was etwa dem Alter des Systems entspricht. Die Tatsache, dass die Umlaufbahn exzentrisch ist, spricht dafür, dass ein anderer Himmelskörper sie stören könnte.
Die Forscher suchten nach Hinweisen auf andere Planeten in dem System, die dafür verantwortlich sein könnten, indem sie nach Veränderungen in den Transit-Lichtkurven von K2-25 Ausschau hielten. Dabei handelt es sich um geringe Unterschiede, die durch den gravitativen Einfluss solcher Planeten verursacht würden. Sie fanden keine. Das Ergebnis lässt zwar Raum für Zweifel, stimmt aber mit der Theorie überein, dass dieser heiße Neptun nach innen wanderte.
Abhandlung: „The Young Planetary System K2-25: Constraints on Companions and Starspots“ von Isabel J. Kain, Elisabeth R. Newton, Jason A. Dittmann, Jonathan M. Irwin, Andrew W. Mann, Pa Chia Thao, David Charbonneau und Jennifer G. Winters, The Astronomical Journal 159, 83, 2020.
(THK)
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