Lange galt der Bauplan für Planetensysteme als klar: Nahe an der Sonne kreisen die kleinen Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars. Weiter außen folgen die großen Gas- und Eisriesen. Doch spätestens seit 1995 ist klar, dass das Universum solchen Ordnungen nicht unbedingt folgt.
Damals wurde mit 51 Pegasi b der erste Planet bei einem sonnenähnlichen Stern entdeckt. Seitdem hat die Forschung gezeigt, wie vielfältig Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, tatsächlich sind. Manche umkreisen ihren Stern in wenigen Tagen, andere sind so aufgebläht, dass sie trotz ihrer Größe erstaunlich leicht bleiben. Nun rückt mit L 98-59 d ein weiterer Planet in den Blick, der selbst unter diesen exotischen Welten heraussticht.
James-Webb-Teleskop entdeckt rätselhaften Exoplaneten
Ein Forschungsteam um Harrison Nicholls von der Universität Oxford hat L 98-59 d mithilfe von Daten des James-Webb-Weltraumteleskops genauer untersucht. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ erschienen. Der Planet ist etwa eineinhalbmal so groß wie die Erde und umkreist in rund 35 Lichtjahren Entfernung den Stern L 98-59. Er gehört zu einem System mit drei bestätigten kleinen Planeten; zwei weitere Kandidaten gelten als möglich.
Bemerkenswert ist an L 98-59 d nicht nur seine Größe, sondern vor allem seine schwer einzuordnende Natur. Denn nach Einschätzung des Teams passt der Planet in keine der beiden gängigen Kategorien, mit denen kleine Exoplaneten bislang beschrieben werden.
Exoplaneten-Forschung: Weder Gasplanet noch Wasserwelt
Bislang gibt es für kleine ferne Planeten im Wesentlichen zwei gängige Erklärungen. Entweder handelt es sich um einen Gesteinsplaneten mit einer mehr oder weniger dichten Hülle aus Gas. Fachleute sprechen dann von einem Gaszwerg. Oder es ist eine Wasserwelt, also ein Planet, dessen Oberfläche oder Inneres stark von Wasser oder Eis geprägt ist.
L 98-59 d scheint jedoch weder das eine noch das andere zu sein. Schon das Verhältnis von Größe zu Gewicht fällt aus dem Rahmen. Für seinen Durchmesser ist der Planet ungewöhnlich leicht. Seine mittlere Dichte liegt deutlich unter der der Erde; unser Planet ist etwa 2,6-mal dichter. Gestein und Eisen allein reichen also nicht aus, um seine Zusammensetzung zu erklären.
Noch rätselhafter wurde der Befund, als das James-Webb-Teleskop die Atmosphäre des Planeten untersuchte. Dabei fanden sich laut Studie schwefelhaltige Gase wie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid. Beide Stoffe lassen sich weder mit dem Modell eines Gaszwergs noch mit dem einer Wasserwelt schlüssig erklären.
Schwefel-Atmosphäre: Was die Studie über L 98-59 d sagt
Wie also kann ein Planet entstehen, der so leicht ist und zugleich so viel Schwefel in seiner Atmosphäre enthält? Um das zu klären, simulierte das Forschungsteam verschiedene Entstehungs- und Entwicklungswege am Computer. Wie es in der Studie heißt, habe am Ende nur ein sehr spezielles Szenario zu allen Beobachtungsdaten gepasst: L 98-59 d müsse mit ungewöhnlich hohen Anteilen an Wasser und Schwefel entstanden sein.
Danach kam der Stern des Planeten ins Spiel. Dessen energiereiche Strahlung dürfte im Laufe der Zeit große Teile der ursprünglichen Gashülle ins All hinausgetrieben haben, heißt es in der Studie. Übrig geblieben sei eine Restatmosphäre, in der Schwefel heute eine deutlich größere Rolle spiele als Wasserstoff, der leichter entweichen konnte.
Magmaozean-Planet: Lava im Inneren, Schwefel in der Luft
Die Forschenden richteten den Blick auch auf das Innere des Planeten. „Wir können Computersimulationen nutzen, um die innere Struktur von Welten zu untersuchen, die wir niemals besuchen werden“, sagt Koautor Raymond Pierrehumbert.
Unter der Oberfläche von L 98-59 d könnte sich dem Team zufolge ein riesiger Ozean aus geschmolzenem Gestein befinden, also Lava. Ein solcher Magmaozean wäre Hunderte Kilometer tief und könnte über Milliarden Jahre flüssig geblieben sein. Das ist wichtig, weil sich Schwefel leicht in diesem heißen Gestein löst und von dort aus nach und nach in die Atmosphäre gelangen könnte.
Der Planet wäre damit nicht nur geologisch extrem, sondern auch kein Ort, an dem man tief durchatmen wollte. Denn Schwefelwasserstoff riecht nach faulen Eiern. Richard Chatterjee von der Universität Leeds, ebenfalls Koautor der Studie, hält es sogar für denkbar, dass Planeten mit einer solchen stechenden chemischen Signatur häufiger sind als bisher angenommen.
Bleibt die Frage, ob es auf L 98-59 d überhaupt festen Boden gibt. „Das lässt sich nicht genau sagen“, sagt Nicholls. Eine dicke Kruste wie auf der Erde mit Kontinentalplatten und Plattentektonik erwartet er dort nicht. Wahrscheinlicher sei nur eine dünne, dunkle Gesteinshaut, wie man sie von Lavaseen auf der Erde kennt. Weil der Planet seinem Stern vermutlich immer dieselbe Seite zuwendet, könnte diese Kruste auf der heißen Tagseite noch dünner sein als auf der Nachtseite.
Exoplanet L 98-59 d: Möglicher Prototyp einer neuen Planetenklasse
Auch in der Statistik bekannter Exoplaneten fällt L 98-59 d auf. Er liegt im sogenannten „radius valley“, einer Art Grenzbereich zwischen kleinen Gesteinsplaneten und Welten, die eine dichtere Atmosphäre bewahren konnten.
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Genau deshalb könnte der Planet mehr sein als ein kurioser Einzelfall. „Die Entdeckung dieses ungewöhnlichen Planeten deutet darauf hin, dass unsere bestehenden Kategorisierungen kleiner Planeten womöglich zu simpel sind“, sagt Nicholls. L 98-59 d wäre dann womöglich der erste klare Vertreter einer neuen Klasse: schwefelreicher Magmaozean-Welten.