Der Stern TOI-178 befindet sich etwa 200 Lichtjahre von der Sonne entfernt im Sternbild Sculptor (Bildhauer). Bei dessen erster Beobachtung dachten die Astronomen, sie hätten dort zwei Planeten entdeckt, die ihn beide auf der gleichen Bahn umkreisen. Ein genauerer Blick offenbarte jedoch etwas ganz anderes: "Durch weitere Beobachtungen erkannten wir, dass es sich nicht um zwei Planeten handelt, die den Stern in etwa gleichem Abstand umkreisen, sondern um mehrere Planeten in einer ganz speziellen Konfiguration", sagte Adrien Leleu von der Universität Genf und der Universität Bern, Schweiz. Er war Leiter einer Studie über das Sternensystem in Astronomy & Astrophysics. Die Wissenschaftler nutzen dafür unter anderem Daten des Weltraumteleskops CHEOPS und des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO.
Planeten kreisen nach wiederkehrendem Muster
Die Forschungen ergaben, dass das System sechs Exoplaneten besitzt. Bis auf den Planeten, der dem Stern am nächsten ist, bewegen sich alle auf ihren Bahnen in rhythmischer Abhängigkeit von den anderen Planeten. Mit anderen Worten: Sie befinden sich in Resonanz. Das bedeutet, die Planeten kreisen um den Stern nach einem festen Muster, das sich wiederholt. Einige Planeten richten sich dabei alle paar Umläufe aneinander aus. Eine ähnliche Resonanz lässt sich auch bei den Bahnen von drei Jupitermonden beobachten: Io, Europa und Ganymed. Io, der dem Jupiter am nächsten gelegene der drei Monde, absolviert für jeden Orbit, den der am weitesten entfernte Ganymed macht, vier volle Umläufe um Jupiter, und für jeden Orbit, den Europa macht, zwei volle Umläufe.
Planetensystem mit komplexem Rhythmus
Die fünf äußeren Exoplaneten des TOI-178-Systems folgen einer viel komplexeren Resonanzkette als die Jupitermonde. Sie ist eine der längsten, die bisher in einem Planetensystem entdeckt wurde. Während sich die drei Jupitermonde in einer 4:2:1-Resonanz befinden, folgen die fünf äußeren Planeten des TOI-178-Systems einer 18:9:6:4:3-Kette: Während der vom Stern aus gesehen zweite Planet (der erste in der Resonanzkette) 18 Umläufe vollzieht, absolviert der vom Stern aus gesehen dritte Planet (der zweite in der Kette) 9 Umläufe, und so weiter. Zunächst fanden die Wissenschaftler nur fünf Planeten in dem System. Als sie jedoch diesem Resonanzrhythmus folgten, konnten sie berechnen, wo sich ein weiterer Planet auf seiner Umlaufbahn befinden würde, und so beim nächsten Zeitfenster zur Beobachtung des Systems nach ihm Ausschau halten.
Blick zum Anbeginn des Sternensystems
Diese Resonanz der Planeten ist mehr als nur eine Bahnkuriosität: Er liefert Hinweise auf die Vergangenheit des Systems. „Die Bahnen in diesem System sind sehr gut geordnet, was uns sagt, dass sich dieses System seit seiner Geburt recht sanft entwickelt hat“, erklärt Co-Autor Yann Alibert von der Universität Bern. Wäre das System früher in seinem Leben erheblich gestört worden, zum Beispiel durch einen riesigen Einschlag, hätte diese fragile Konfiguration der Bahnen nicht überlebt.
Von der Erde aus können wir Exoplaneten nicht sehen. Aber mit einem Trick kann man sie finden: der Transit-Methode.
Unordnung im rhythmischen Sternensystem
Die Bahnkonfiguration der Planeten ist sauber und geordnet. Die Dichten der Planeten sind hingegen „viel ungeordneter“, sagt Nathan Hara von der Universität Genf, der ebenfalls an der Studie beteiligt war.
"Es scheint, dass es einen Planeten gibt, der so dicht ist wie die Erde, direkt neben einem sehr leichten Planeten mit der Hälfte der Dichte des Neptuns, gefolgt von einem Planeten mit der Dichte des Neptuns. Das ist nicht das, was wir gewohnt sind." Nathan Hara, Universität Genf
In unserem Sonnensystem zum Beispiel sind die Planeten fein säuberlich angeordnet, mit den dichteren Gesteinsplaneten näher am Zentralstern und den lockerer strukturierten Gasplaneten mit geringer Dichte weiter draußen. „Dieser Kontrast zwischen der rhythmischen Harmonie der Orbitalbewegung und den ungeordneten Dichten stellt unser Verständnis von der Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen sicherlich in Frage“, betont Leleu.
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