Kohlendioxid fernab des Sonnensystems

130 Lichtjahre von uns entfernt ziehen vier große Gasplaneten um den Stern HR 8799 ihre Bahnen. Auf ihnen wies ein Forschungsteam mit dem James-Webb-Teleskop Kohlendioxid nach – und zwar mehr als angenommen. Das deute darauf hin, dass die vier Planeten von HR 8799 ähnlich entstanden seien wie Jupiter und Saturn, so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal“.

Planeten, die nicht um unsere Sonne, sondern um andere Sterne kreisen, gibt es zuhauf: Über 7000 solcher Exoplaneten sind inzwischen bekannt. Die meisten von ihnen wurden zwar bislang nur indirekt nachgewiesen. Doch inzwischen gibt es von über tausend von ihnen auch direkte Aufnahmen – besonders von jungen Objekten. Denn kurz nachdem sie entstehen, sind sie noch heiß und geben viel Wärmestrahlung ab.

So auch die vier Planeten, die um HR 8799 kreisen: Sie sind erst 30 Millionen Jahre alt und damit deutlich jünger als die Planeten in unserem Sonnensystem, das vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist. Auch in Sachen Masse und Umlaufbahn bewegen sich die fernen Planeten in anderen Dimensionen: Zwar sind es Gasriesen wie Jupiter, allerdings wiegen sie sieben- bis zehnfach mehr. Zudem ziehen die Planeten in 15- bis 70-fach größerem Abstand um ihren Stern als Jupiter um die Sonne.

Weltraumteleskop fotografiert Planeten – und findet CO₂

Mit dem auf Infrarot-, also Wärmestrahlung spezialisierten James-Webb-Teleskop gelang es nun William Balmer von der Johns Hopkins University und seinem Team, die vier Planeten zu fotografieren und ihre Strahlung zu analysieren. Dabei war ein deutliches Signal der für Kohlendioxid, kurz CO₂, typischen Strahlung zu sehen – die Atmosphären enthalten also viel von diesem Gas. Es ist das erste Mal, das mit dem Weltraumteleskop ein solcher Nachweis durch direkte Abbildung gelang. Bei einem der vier Planeten war das zuvor nur mit einem der großen Keck-Teleskope auf Hawaii gelungen.

Der hohe Anteil an Kohlendioxid weise darauf hin, dass die Planeten – wie Jupiter und Saturn – durch sogenannte Kern-Akkretion entstanden sind, so die Forschenden. Dabei bildet sich zunächst ein Kern aus Gestein und Metall, der dann mit seiner Schwerkraft Gas aus der Umgebung anzieht. Alternativ können große Gasplaneten auch direkt entstehen, wenn eine Gaswolke in sich zusammenfällt. Doch dann würden sie weniger schwere Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten, so die Autorinnen und Autoren der Studie.

Mit dieser Forschung hoffen Balmer und sein Team, mehr über unser und andere Sonnensysteme zu lernen. Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Planetensystemen spiele dabei, wie Riesenplaneten entstehen. Das zu verstehen, so der Forscher, „ist deshalb wichtig für das Verständnis der Entwicklung lebensfreundlicher, erdähnlicher Planeten.“