Planeten ohne Stern

Gegenwärtig werden immer mehr Exoplaneten entdeckt. Das sind Planeten, die sich außerhalb unseres eigenen Sonnensystems befinden. In der letzten Ausgabe des Studium Integrale Journal wurde darüber ausführlich berichtet (Ehrmann 2021). Das Kepler-Weltraumteleskop, das eigens zum Zweck des Aufspürens von Exoplaneten in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht wurde, hat schon mehrere Tausende Exoplaneten entdeckt. Die allermeisten Exoplaneten drehen sich, wie die Planeten in unserem Sonnensystem, um einen Stern. Einige jedoch sind sternlos und damit im wahrsten Sinne des Wortes Planeten, d. h. rastloste Wanderer. Offiziell werden sie als FFP bezeichnet (englisch für Free-Floating Planet, d. h. freitreibender Planet). FFPs sind kleiner als braune Zwerge, die kleinsten und lichtschwächsten Sterne, aber in der Regel größer als Jupiter. Weil sie selbst kein Licht ausstrahlen, sind die „obdachlosen“ FFPs nur schwer zu entdecken. Als erfolgversprechendste Methode gilt gravitatives Microlensing. Bei dieser Methode (Han 2004) werden geringfügige Verzerrungen im Licht von Hintergrundsternen gemessen und analysiert. Die Schwerkraft der herrenlosen Planeten ändert vorübergehend die Richtung und Intensität dieses Lichts. Die Dauer sowie die Stärke der Lichtverzerrungen geben dabei Aufschluss über die Größe und Masse der sonst unsichtbaren FFPs.

In einem kürzlich erschienenen Beitrag (McDonald 2021) berichtet eine internationale Astronomengruppe über neueste Microlensing-Messungen von FFP-Kandidaten mit Hilfe des Kepler-Teleskops. Es werden dabei nur solche Ereignisse ausgewertet, die gleichzeitig auch in irdischen Microlensing-Surveys als potenzielle FFPs identifiziert wurden, um so andere Ursachen für die Messergebnisse auszuschließen. Die Kepler-Daten sind aber wesentlich genauer und ermöglichen somit präzisere Aussagen über die Beschaffenheit der entdeckten FFP-Kandidaten.

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Abb. 1: Künstlerische Darstellung eines freitreibenden Planeten. (© Christian Hart www.extrasolar.de)

Obwohl bislang nur wenige FFP-Kandidaten gefunden wurden, wird dennoch vermutet, dass sehr viele verwaiste Planeten existieren. Diese Vermutung wird dadurch begründet, dass die Wahrscheinlichkeit, einen FFP zu entdecken, extrem gering ist: Das Kepler-Teleskop kann, nachdem es im Jahr 2016 einen Defekt in der Ausrichtung des Teleskops gab, nur noch in der galaktischen Ebene beobachten, außerdem muss der FFP während der Beobachtung genau vor einem Hintergrundstern vorbei treiben. Anhand bisheriger Beobachtungsreihen wird geschätzt, dass FFPs maximal viermal weniger (Mróz 2017) bis doppelt so häufig sind (Sumi 2011) wie gewöhnliche sichtbare Sterne.

Im Rahmen der gängigen Entstehungstheorie von Sternen und Planeten durch das gravitative Zusammenziehen von rotierenden Gasscheiben gibt es drei Szenarien für die Entstehung sternloser Planeten:

1. Verhinderte Sterne, d. h. die zusammenziehende Gasscheibe ist so klein, dass am Ende kein Stern, sondern ein dunkles, gasförmiges Objekt entsteht.

2. Bei der Entstehung von Planeten in der Gasscheibe stören die neuen Planeten sich gegenseitig und einige Planeten werden dadurch aus dem System geschleudert. Dies ist das unwahrscheinlichste Szenario (Veras 2012).

3. Wenn ein Stern, um den Planeten kreisen, als Nova explodiert und dabei einen großen Teil seiner Masse verliert, sind die Planeten nicht länger durch die Schwerkraft an ihn gebunden und gehen ihren eigenen Weg.

Obwohl es noch zu früh ist, finale Schlüsse zu ziehen, passen die identifizierten FFPs bezüglich Anzahl und Größe grob zu den bisherigen Messungen (McDonald 2021). In einem anderen Beitrag (Samson 2020) stellt eine Gruppe von Astronomen die Messergebnisse den theoretischen Erwartungen für Entstehungsszenario 2 gegenüber. Daraus ergibt sich, dass für dieses Szenario die theoretischen Erwartungen deutlich niedriger liegen als die Schätzung von Sumi (2011) und nur mit der Schätzung von Mróz (2017) kompatibel sind. Wie hoch die erwarteten Anzahl FFPs aufgrund der Entstehungsszenarien 1 und 3 sind, wird in diesen Beiträgen leider nicht erwähnt.

Wenn weitere FFP-Beobachtungen die Schätzungen von Sumi bestätigen sollten, könnte dies die gängigen Entstehungstheorien in Frage stellen, wenn theoretische Erwartungen für die Entstehungsszenarien 1 und 3 sich ebenfalls als gering erweisen. Aber auch im Rahmen eines Schöpfungsmodells, bei dem solche Objekte nicht auf natürlichem Weg entstanden, sondern Ergebnis eines direkten Schöpfungsaktes wären, fiele es schwer zu erklären, warum es so viele solche Objekte gibt, die doch anders als die Sterne nie mit dem bloßen Auge wahrgenommen werden können. Wenn sich hingegen herausstellen sollte, dass die hier präsentierten Schätzungen an FFPs erheblich nach unten korrigiert werden müssten, könnte dies die Entstehungstheorien bestätigen. Sollten sich im Extremfall alle FFP-Kandidaten als Fehlinterpretation erweisen, würde dies erneut die Entstehungstheorien in Frage stellen, jedoch kompatibel mit einem Schöpfungsmodell sein.

P. Korevaar

[Ehrmann A (2021) Planeten um ferne Sterne. Stud. Integr. J. 28, 22–29 • Han C et al. (2004) Gravitational microlensing: A tool for detecting and characterizing free-floating planets. Astrophys. J. 604, 372–278 • McDonald I et al. (2021) Kepler K2 Campaign 9 – I. Candidate short-duration events from the first space-based survey for planetary microlensing. Mon. Not. R. Astron. Soc. 505, 5584–5602; arXiv: 2107.02746 • Mróz P et al. (2017) No large population of unbound or wide-orbit Jupitermass planets. Nature 548, 183; arXiv: 1707.07634 • Samson A J et al. (2020) Predictions of the Nancy Grace Roman Space Telescope galactic exoplanet survey II: Free-floating planet detection rates. Astron. J. 160, 123; arXiv: 2006.10760 • Sumi T et al. (2011) Unbound or Distant Planetary Mass Population Detected by Gravitational Microlensing. Nature 473, 349; arXiv: 1105.3544 • Veras D et al. (2012) Planet–planet scattering alone cannot explain the free-floating planet population. Mon. Not. R. Astron. Soc. 421, L117-L121]