TOI-1853b: Ein Exoplanet, der dichter als Eisen ist

TOI-1853b ist ein Exoplanet, der dichter als Eisen und Stahl ist. Entstanden ist er wohl durch eine Kollision mit einem anderen Planeten.

Artikel veröffentlicht am 8. September 2023, 7:00 Uhr, Patrick Klapetz

Eine künstlerische Darstellung eines Exoplaneten (Symboldbild) (Bild: Pixabay)

Forscher haben einen Exoplaneten aufgespürt, dessen Dichte die von Eisen übertrifft. TOI-1853b ist etwas kleiner als unser Eisriese Neptun, das italienisch-britische Forschungsteam vermutet, dass es sich bei diesem Exoplaneten um den Kern einer ehemaligen riesigen Gaswelt handelt. Durch ein extremes Ereignis verlor diese Welt ihre Atmosphäre und nur der Kern blieb übrig.

"Normalerweise erwarten wir, dass Planeten mit so viel Gestein zu Gasriesen wie Jupiter werden, die eine ähnliche Dichte wie Wasser haben", erklärte der Physiker Jingyao Dou von der University of Bristol laut Pressemitteilung. Doch TOI-1853b hat beinahe die Größe (3,46-facher Radius der Erde) von Neptun (3,88 Erdradien) und eine höhere Dichte als Stahl.

Der Exoplanet umkreist seinen Wirtsstern TOI-1853 einmal in 1,24 Tagen. TOI-1853 ist ein oranger Zwerg mit einer Masse von 84 Prozent der unserer Sonne. Bei seinem Begleiter beträgt die Masse das 73,2-Fache der Erde. Dagegen wirkt die Masse von Neptun (17,15 Erdmassen) regelrecht klein.

Bei dieser Größe und Masse hat TOI-1853b nach den Berechnungen des Forschungsteams eine Dichte von 9,7 Gramm pro Kubikzentimeter. Neptun hat eine durchschnittliche Dichte von 1,64 Gramm pro Kubikzentimeter – sie ist so niedrig, weil der Eisriese eine dicke, ausgedehnte Atmosphäre hat.

Eisen und Stahl haben eine Dichte von etwa 7,8 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Erde hat eine durchschnittliche Dichte von 5,15 Gramm, wobei ihr Kern eine Dichte von 13 Gramm aufweist – denn das Material im Inneren eines massiven Körpers wird durch die gesamte Masse auf ihm komprimiert, so dass seine Dichte steigt.

Wie kann ein solch extrem dichter Exoplanet entstehen?

Die Erkenntnisse lassen das Forschungsteam darauf schließen, dass die Zusammensetzung von TOI-1853b viele dichtere Materialien und nur wenig Atmosphäre enthalten muss. Das Forschungsteam wollte wissen, wie ein solcher Planet in einem Sternsystem überhaupt entstehen kann und führte einige Simulationen durch.

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Es werden zwei mögliche Wege für die Entstehung von TOI-1853 b aufgezeigt. (a) Die Verschmelzung von supererdgroßen Protoplaneten endet in einer Riesenkollision, die mit hoher Wahrscheinlichkeit einen planetarischen Begleiter innerhalb von etwa 1 au erzeugt. (b) Entfernte Riesenplaneten werden nach der Auflösung der Scheibe gegenseitig gestreut, und der überlebende Planet begibt sich schließlich auf eine stark elliptische Umlaufbahn.

Das Ergebnis: Vermutlich kam es während seiner Entstehungsphase zu einer heftigen Kollision mit einem anderen Planeten. "Wir haben herausgefunden, dass der ursprüngliche Planetenkörper wahrscheinlich wasserreich gewesen sein muss und einen extremen Rieseneinschlag mit einer Geschwindigkeit von mehr als 75 Kilometern pro Sekunde erlitten haben muss, um TOI-1853b so entstehen zu lassen, wie er beobachtet wird", erklärte Phil Carter von der Universität Bristol.

Sein Kollege Dou ergänzt: "Durch diese Kollisionen wurde ein Teil der leichteren Atmosphäre und des Wassers abgetragen, so dass ein mit Gestein angereicherter Planet mit hoher Dichte zurückblieb."

Weitere Untersuchungen könnten mehr Informationen über die Entstehung solcher extrem dichten Welten liefern. Erst vor Kurzem hat ein anderes Forschungsteam mit TOI-332b ein ähnliches Exemplar wie TOI-1853b gefunden.

Zur Studie

Die Studie wurde am 30. August 2023 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und heißt A super-massive Neptune-sized planet (Ein super-massiver neptungroßer Planet).