Vielfalt der Exoplaneten

Man könnte meinen, dass kleine, felsige Planeten, die um einen Stern kreisen, den terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars in unserem Sonnensystem ähneln. Doch diese Vermutung scheint falsch, wie Beobachtungen eines Forscherduos jetzt zeigen. Tatsächlich variiert die chemische Zusammensetzung und damit auch der Aufbau ferner Gesteinsplaneten erheblich stärker als bislang angenommen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Communications“.

Aus welchen chemischen Elementen Exoplaneten – also solche Planeten, die um andere Sterne als die Sonne kreisen – zusammengesetzt sind, lässt sich bislang nicht direkt beobachten. Daher griffen Keith Putirka von der California State University und Siyi Xu vom Gemini Observatory auf Hawaii zu einer anderen Methode: Sie analysierten nicht die Planeten selbst, sondern verschmutzte Weiße Zwerge – alte Sterne, in deren Atmosphären sich die Überreste ehemaliger felsiger Begleiter abgelagert haben.

Weiße Zwerge entstehen, wenn Sterne ähnlich unserer Sonne ihren Energievorrat aufgebraucht haben. Dann bläht sich ein solcher Stern zunächst zu einem Roten Riesenstern auf. In dieser Phase wirken starke Gezeitenkräfte – zum Teil so stark, dass sie die Planeten in nahen Umlaufbahnen um den Stern zerstören. Nach der Zeit als Roter Riese fällt der Stern zu einem Weißen Zwerg, gerade einmal so groß wie die Erde, zusammen und kühlt über Milliarden von Jahren allmählich ab. Währenddessen fallen die Überreste der zerstörten Planeten langsam in den Weißen Zwerg hinein und verbleiben in dessen Atmosphäre. Der Clou: Aus der chemischen Zusammensetzung dieser Verschmutzungen können die Astronomen Rückschlüsse auf die zerstörten Planeten ziehen.

Für ihre Studie haben Putirka und Xu die Atmosphären von 23 Weißen Zwergen im Umkreis von 650 Lichtjahren um die Sonne analysiert. Die dortigen Verschmutzungen zeigten überraschend wenig Silizium – ein Hauptbestandteil der felsigen Planeten in unserem Sonnensystem –, jedoch viel Magnesium und Eisen. „Nur in einem Fall scheint der Mantel der zerstörten Planeten dem der Erde zu ähneln“, schreiben die Forscher. „Alle anderen besaßen eine exotische Zusammensetzung und Mineralogie.“

Die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung lassen sich nach Einschätzung der beiden Wissenschaftler nicht darauf zurückführen, dass die Planeten in bereits unterschiedlichen Umgebungen entstanden sind. Denn dann müssten auch die Zusammensetzungen von Sternen in der Umgebung der Sonne ähnlich stark voneinander abweichen. Die Häufigkeit von Silizium in den etwa 4000 sonnennächsten Sternen variiert jedoch deutlich weniger als bei den zerstörten Exoplaneten. „Es sind also die Planeten, die sehr viel unterschiedlicher sind als wir es bisher angenommen haben“, folgern Putirka und Xu. Daher müsse es Entstehungsprozesse für Planeten geben, die anders verlaufen, als wir es von unserem Sonnensystem her kennen.