Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Astronomen Ján Šubjak von der Stellar Division des Astronomical Institute of the CAS und dem Center for Astrophysics der Harvard University und der Smithsonian Institution hat kürzlich eine wichtige Entdeckung auf dem Gebiet der Exoplanetenforschung bekannt gegeben. Anhand von Daten der TESS-Raumfahrtmission und bodengestützten Beobachtungen mit dem HARPS-Spektrographen in Chile wurde die Existenz eines Mini-Neptun-Exoplaneten mit der Bezeichnung TOI-2458 b bestätigt.
Die Entdeckung des Zwergneptuns TOI-2458 b
TOI-2458 b wurde zum ersten Mal als transitierender Planet identifiziert - wenn er sich vor seinem Mutterstern bewegt, verursacht er eine periodische Abnahme von dessen Helligkeit. Die Veränderungen in der Helligkeit des Sterns haben die Wissenschaftler veranlasst, weitere detaillierte Beobachtungen durchzuführen. Die Kombination von Daten des TESS-Satelliten und spektroskopischen Messungen ermöglichte es, Größe, Masse und andere Eigenschaften des Planeten zu bestimmen.
Der Planet TOI-2458 b hat einen Radius, der etwa 2,8 Mal so groß ist wie der der Erde, und eine Masse, die etwa 13,3 Mal so groß ist wie die der Erde. Er befindet sich auf einer sehr engen Umlaufbahn - eine Umrundung um den Stern dauert nur 3,74 Tage. Dies bedeutet, dass sich der Planet in einer sehr heißen Umgebung befindet, in der die Bedingungen für Leben nicht förderlich sind.
Der Mutterstern und seine ungewöhnlichen Eigenschaften
Auch der Stern, um den TOI-2458 b kreist, hat die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler auf sich gezogen. Es handelt sich um einen Stern des Typs F, der eine etwas höhere Masse als unsere Sonne und eine Oberflächentemperatur von etwa 6000 K hat. Analysen zeigen, dass sich der Stern in einem fortgeschrittenen Stadium seiner Entwicklung befindet und beginnt, die Hauptreihe zu verlassen, was auf ein Alter von etwa 5,7 Milliarden Jahren hindeutet.
Eine weitere überraschende Entdeckung war die schnelle Rotation des Sterns, die nur 9 Tage andauert, zusammen mit einem sehr kurzen magnetischen Aktivitätszyklus von 54 Tagen. Diese Kombination ist für Sterne vom Typ F ungewöhnlich. Ähnlich kurze Zyklen wurden bisher nur bei wenigen Sternen beobachtet, wie etwa bei τ Boo, der für seine Wechselwirkung mit einem heißen Exoplaneten vom Jupiter-Typ bekannt ist (Anmerkung: Laut dem Institut für tschechische Sprache der CAS haben wir einen Planeten Jupiter oder Neptun im Sonnensystem, aber wenn es sich um eine Art Exoplanet handelt, wird empfohlen, "heißer Jupiter", "Mini-Neptun" usw. zu sagen).
"Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass dieses System dynamisch sehr interessant ist". sagt Dr. Šubjak. "Die schnelle Rotation und die magnetische Aktivität des Sterns könnten das Ergebnis früherer Interaktionen mit planetarischen Objekten sein."
Entdeckung eines weiteren Planeten im System TOI-2458
Bei weiteren Untersuchungen des Planetensystems TOI-2458 wurde ein zweiter Planet entdeckt, der in größerer Entfernung vom Stern kreist. Dieser Planet hat eine Umlaufzeit von etwa 16,5 Tagen und ist damit weiter vom Stern entfernt als TOI-2458 b. Dynamische Modelle lassen vermuten, dass seine Masse zwischen dem 10- und 25-fachen der Masse der Erde liegt, doch sind weitere Beobachtungen erforderlich, um seine Eigenschaften genauer zu bestimmen.
Die Geschichte der Entstehung des Systems und die Rolle des verlorenen heißen Jupiters
Eine der wichtigsten Erkenntnisse dieser Studie ist die Hypothese, dass das Planetensystem TOI-2458 in der Vergangenheit einen heißen Jupiter enthalten haben könnte. Im Gegensatz zu Hypothesen, die auf eine Migration dieser Planeten aus den äußeren Teilen der protoplanetaren Scheibe hindeuten, könnte sich dieser heiße Jupiter an Ort und Stelle in einem sehr geringen Abstand zum Stern gebildet haben.
Im Laufe der Zeit wurde der Riesenplanet jedoch aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen von dem Stern verschluckt. Dieser Prozess könnte erklären, warum TOI-2458 jetzt ungewöhnlich schnell rotiert. "Die Aufnahme eines massiven Planeten könnte dem Stern ein erhebliches Rotationsmoment verliehen haben". erklärt Dr. Šubjak.
Auswirkungen auf die aktuelle Systemdynamik
Wenn diese Hypothese eines verlorenen heißen Jupiters zutrifft, hätte seine Anwesenheit in der Vergangenheit die Dynamik der Bahnen der übrigen Planeten erheblich beeinflusst. Wissenschaftler glauben, dass gravitative Wechselwirkungen zu der ungewöhnlichen Bahnneigung des Mini-Neptuns TOI-2458 b geführt haben könnten, der nun die Pole seines Sterns umkreist. Diese Neigung könnte das Ergebnis von säkularen Resonanzen sein, die in der Frühphase des Systems auf den Planeten einwirkten, bevor der heiße Jupiter in seinen Stern eindrang.
Auswirkungen auf die Exoplanetenforschung und die Entstehung von Planetensystemen
Sollte sich diese Hypothese bestätigen, könnte sie neue Erkenntnisse darüber liefern, wie Sternsysteme mit den in ihrer Nähe kreisenden Planeten interagieren. Künftige Beobachtungen könnten weitere Beweise für diese Theorie liefern und gleichzeitig mehr Details über die dynamischen Prozesse in exoplanetaren Systemen aufdecken. Ähnliche Studien könnten auch Aufschluss darüber geben, wie häufig solche Szenarien in unserer Galaxie vorkommen und welche Bedingungen für die Entstehung und langfristige Stabilität solcher Systeme erfüllt sein müssen. "Das System TOI-2458 zeigt uns, dass das Universum voller Überraschungen ist und stellt unsere Modelle der Planetenbildung vor neue Herausforderungen". fügt Dr. Šubjak hinzu.
Institut für Astronomie der CAS/ gnews - RoZ
Illustration des TOI-2458-Systems in einer Vision der künstlichen Intelligenz. Bild erstellt mit DALL-E, OpenAI
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