Neue Hinweise auf die Entstehung heißer Jupiter innerhalb ihrer Umlaufbahnen gefunden

Heiße Jupiter entstehen weit entfernt von ihrem Stern, wandern aber im Laufe der Zeit nach innen. Dafür könnte es zwei Gründe geben – Scheibenmigration oder Migration mit hoher Exzentrizität. Während die Entstehung durch Migration mit hoher Exzentrizität beobachtet werden kann, gibt es keine zuverlässigen Beobachtungsmethoden, um Planeten zu identifizieren, die durch Scheibenmigration entstehen.

Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher der Universität Tokio eine neue Beobachtungsmethode vorgeschlagen, die die Zeitskala der Migration mit hoher Exzentrizität nutzt, um Planeten zu identifizieren, die durch Scheibenmigration entstanden sind.

Was ist ein heißer Jupiter?

Ein heißer Jupiter ist ein Planet von ähnlicher Größe wie Jupiter und hat eine Umlaufzeit von nur wenigen Tagen. Genau wie Jupiter in unserem Sonnensystem sollen sich diese Planeten weit entfernt von ihren Sternen gebildet haben und später nach innen gewandert sein.

Diese Migration lässt sich durch einen von zwei Mechanismen erklären. Beim ersten, einer Migration mit hoher Exzentrizität, wird die Umlaufbahn des Planeten durch die Schwerkraft anderer Himmelskörper gestört und dann durch Gezeitenkräfte in der Nähe des Sterns zirkularisiert. Die gravitative Störung kann die Umlaufbahnachse des Planeten relativ zur Rotationsachse des Sterns neigen, was zu einer messbaren Fehlausrichtung führt, die im Laufe der Zeit durch Gezeitenkräfte wieder ausgerichtet werden kann.

Die zweite Möglichkeit ist eine Scheibenmigration, bei der sich der Planet innerhalb der protoplanetaren Scheibe, der Gas- und Staubscheibe, die einen jungen Stern umgibt, allmählich nach innen bewegt. In diesem Fall wäre die Umlaufbahn ausgerichtet, aber ohne zuverlässige Beobachtungsmethode ist es schwieriger zu bestimmen, ob ein Planet auf diese Weise migriert ist.

Skalierung

Das Team aus Tokio schlägt eine neue Beobachtungsmethode vor, die die Zeitskala der Migration mit hoher Exzentrizität nutzt. Bei dieser Art der Migration wird die Umlaufbahn des Planeten stark verlängert, bevor die Gezeitenkräfte sie kreisförmig ausgleichen, wenn er nahe am Stern vorbeizieht. Wie lange dies dauert, hängt von der Masse des Planeten, seiner Umlaufzeit und den Gezeitenkräften ab. Wenn ein heißer Jupiter auf diese Weise entsteht, muss seine Zirkularisierungszeit kürzer sein als das Alter des Systems.

Nach der Berechnung der Zirkularisierungszeiten von über 500 bekannten heißen Jupiterplaneten entdeckten die Forscher jedoch eine Gruppe von 30 Planeten, die dieses Kriterium nicht erfüllten; ihre Umlaufbahnen waren zwar kreisförmig, aber ihre Zirkularisierungszeiten waren länger als das Alter ihres Systems. Außerdem wies keiner der Planeten eine Bahnverschiebung auf, was darauf hindeutet, dass sie ohne Störungen durch eine Migration mit hoher Exzentrizität reibungslos in die Scheibe migriert sind.

Einige dieser heißen Jupiter gehörten auch zu Mehrfachplanetensystemen – ein weiteres verräterisches Merkmal. Solche Systeme sind unwahrscheinlich, wenn sie durch Migration mit hoher Exzentrizität entstanden sind, da diese dazu neigt, andere Planeten auszustoßen.

Die Nutzung dieser erhaltenen Erinnerung an die Wanderung eines Planeten ist der Schlüssel zum Verständnis der Entwicklung von Planetensystemen, und zukünftige Beobachtungen der atmosphärischen Zusammensetzung und der Elementverhältnisse dieser Planeten könnten Aufschluss darüber geben, wo innerhalb der Scheibe sie entstanden sind, was neues Licht auf die Entstehung heißer Jupiter werfen würde.

Quellenhinweis:

Identifying Close-in Jupiters that Arrived via Disk Migration: Evidence of Primordial Alignment, Preference of Nearby Companions and Hint of Runaway Migration, The Astronomical Journal, Volume 170, Issue 5, 2025. Kawai, Y., et al.