Webb erforscht Exoplaneten um Weißen Zwerg

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Ein internationales Astronomenteam hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop von NASA, ESA und CSA den jupitergroßen Exoplaneten WD 1856 b beim Transit vor seinem Zentralstern beobachtet. Dabei wurden Masse und Temperatur des Planeten gemessen und sogar seine Atmosphäre nachgewiesen. Die Forscher fanden heraus, dass der Planet deutlich wärmer ist als erwartet und ermittelten, wie er höchstwahrscheinlich seine sehr enge Umlaufbahn um den Stern, einen Weißen Zwerg, erreicht hat. Die Ergebnisse bieten uns einen ersten Einblick in die Zukunft von Planeten wie Jupiter nach dem Tod der Sonne, der Milliarden von Jahren in der Zukunft liegt.

Der in dieser künstlerischen Darstellung gezeigte Exoplanet WD 1856 b ist ein Gasriese, der den Tod seines Sterns überlebt hat. Er umkreist nun einen Weißen Zwerg in einer Entfernung, die 50-mal näher ist als die Entfernung zwischen Erde und Sonne. – Credit: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)

Webb liefert uns neue Einblicke in die ferne Zukunft von Sonnensystemen wie unserem. Vor Milliarden von Jahren blähte sich ein sonnenähnlicher Stern gegen Ende seines Lebens enorm auf und wurde zu einem Roten Riesen, bevor er seine äußeren Schichten abstieß und einen heißen Restkern, einen sogenannten Weißen Zwerg, zurückließ. Als Roter Riese hätte der Stern eigentlich alle nahen Planeten verschlingen und zerstören müssen. Doch Astronomen haben einen jupitergroßen Exoplaneten entdeckt, der den Weißen Zwerg alle 34 Stunden in einem Abstand von weniger als 3 Millionen Kilometern umkreist.

Die Ergebnisse wurden am 1. Juli 2026 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht .

WD 1856 b wurde 2020 von Wissenschaftlern mithilfe des NASA-Weltraumteleskops TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) und des Spitzer-Weltraumteleskops entdeckt. Der Planet umkreist den Weißen Zwerg WD 1856+534 in etwa 80 Lichtjahren Entfernung von der Erde. „ Der Planet ist etwa so groß wie Jupiter, aber der Weiße Zwerg, den er umkreist, ist so groß wie die Erde. Daher ist der Planet siebenmal größer als sein Stern “, erklärte Hauptautor Ryan MacDonald von der Universität St. Andrews in Großbritannien.

WD 1856 b umkreist seinen Mutterstern extrem nah, in einer Entfernung, die 50-mal näher ist als die der Erde zur Sonne. Hätte WD 1856 b ursprünglich in dieser Entfernung um den Stern gekreist, wäre er zerstört worden, als der Stern noch ein Roter Riese war. Wie hat er den Tod seines Muttersterns überlebt und ist an seine heutige Position gelangt?

Wie groß ist er, wie heiß ist er?

Die neue Studie nutzte das Webb-Teleskop, um den Planeten beim Vorbeizug vor seinem Stern zu beobachten. Dieser Transit [1] lieferte einzigartige Informationen über die Masse des Planeten, die zwischen dem Vier- und Elffachen der Jupitermasse liegt.

Das Team konnte zudem die Temperatur des Planeten bestimmen. Während des Transits wurde das Licht des Sterns teilweise verdeckt, doch das Infrarotlicht wurde weniger stark abgeschwächt als andere Wellenlängen. Der Unterschied war auf das Infrarotlicht zurückzuführen, das der Planet aufgrund seiner eigenen Wärme ausstrahlte. Die Daten deuteten darauf hin, dass der Planet eine Temperatur von etwa 126 Grad Celsius aufweist – deutlich heißer, als es der Fall wäre, wenn seine einzige Wärmequelle das Licht des Weißen Zwergs wäre. Diese rätselhafte Entdeckung erwies sich als der entscheidende Hinweis, der belegte, wie der Planet seine derzeitige Umlaufbahn erreicht haben muss.

Christopher O’Connor von der Northwestern University in Illinois in den Vereinigten Staaten, ein Mitautor der Studie, war für die Rückverfolgung der Temperaturentwicklung des Planeten verantwortlich. O’Connor erklärte: „Die zentrale Frage ist, wie WD 1856 b an seinen heutigen Standort gelangte. Dazu gibt es zwei Theorien. Die eine besagt, dass der Planet von seinem sterbenden Wirtsstern verschluckt wurde und im Inneren überleben konnte. Die andere Theorie geht davon aus, dass die Migration durch die Gravitationskraft anderer Objekte im System verursacht wurde. Der Weiße Zwerg ist Teil eines Dreifachsternsystems, und die äußeren Begleitsterne könnten die Umlaufbahn von WD 1856 b beeinflusst haben.“

Spektrum WD 1856 b — Das James-Webb-Weltraumteleskop hat die Bestandteile des Exoplaneten WD 1856 b gemessen, als dieser vor seinem Stern vorbeizog, und dabei Anzeichen von Methan festgestellt. Die roten Balken zeigen an, an welchen Stellen im Spektrum Spitzen zu erkennen sind, die darauf hindeuten, dass die Atmosphäre dieses Planeten Methan enthält. – Credit: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Den Forschern wurde klar, dass es heute keine Energiequelle gibt, die diese Hitze erzeugen könnte. Es muss sich also um Restenergie aus einer früheren Zeit handeln, als der Planet noch erhitzt war. Mithilfe von Modellen zur Abkühlung substellarer Objekte wie WD 1856 b im Laufe der Zeit und den neuen Daten des Webb-Teleskops zur Masse und aktuellen Temperatur des Planeten konnte das Team seine Temperatur in die Vergangenheit hochrechnen und ableiten, wie lange die Erwärmung zurückliegen muss. Der Zeitpunkt ist entscheidend, um festzustellen, ob die Erhitzung durch das Verschlingen durch den Roten Riesen oder während einer Einwärtsmigration verursacht wurde.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die Erwärmung höchstwahrscheinlich zwischen 3 und 5,5 Milliarden Jahren nach dem Übergang des Sterns zum Weißen Zwerg stattfand. In diesem Szenario befand sich der Planet auf einer weiten Umlaufbahn, die ihn während der zerstörerischen Phase des Roten Riesen vor dem Stern schützte, und wanderte erst später an seine heutige Position. „Als sich der Planet nach innen bewegte, führten seine Wechselwirkungen mit der starken Gravitation des Weißen Zwergs zu einer erheblichen Erwärmung, und seither kühlt er sich wieder ab“, erklärte O’Connor.

Das Licht des Sterns, das die Atmosphäre des Planeten durchdrang, lieferte auch Informationen über dessen chemische Zusammensetzung. „Wir sahen die verräterischen Spuren kleiner Wolkenpartikel und Kohlenwasserstoffe, höchstwahrscheinlich Methan. Dies ist das erste Mal, dass wir eine Atmosphäre auf einem Planeten beobachtet haben, der vor einem toten Stern vorbeizieht“, sagte Mitautorin Victoria Boehm von der Cornell University in den USA. „Wir haben kürzlich vier weitere Transits von WD 1856 b mit dem Webb-Teleskop beobachtet, um seine Atmosphärenchemie genauer zu untersuchen, und sind gespannt auf die Ergebnisse.“

Mögliche Zukunft des Sonnensystems

In etwa fünf Milliarden Jahren wird der Wasserstoffvorrat im Kern der Sonne aufgebraucht sein, woraufhin sie sich auf mehr als das 100-Fache ihrer heutigen Größe zu einem Roten Riesen ausdehnen wird. Anschließend wird sie ihre äußeren Schichten abwerfen und ihr Leben als Weißer Zwerg beenden. Merkur, Venus und möglicherweise auch die Erde werden vom Roten Riesen zerstört werden. Das Schicksal der weiter entfernten Planeten, insbesondere der Gasriesen, ist jedoch unklar. Das Aufspüren und die Erforschung von Planeten, die nach dem Tod sonnenähnlicher Sterne um deren Überreste kreisen, bieten die Möglichkeit, Erkenntnisse darüber zu gewinnen, was in ferner Zukunft in unserem eigenen Sonnensystem geschehen könnte.

„Wir sind es gewohnt, mit Teleskopen in die Vergangenheit zu blicken, aber dies ist das erste Mal, dass wir einen Blick in die Zukunft werfen können, um zu sehen, was mit den äußeren Planeten um den Überrest eines sonnenähnlichen Sterns geschehen könnte“, sagte MacDonald. „Es ist, als würden wir mit einer Zeitmaschine in die ferne Zukunft unseres Sonnensystems schauen.“

Anmerkungen

[1] Ein Transit tritt auf, wenn ein Planet aus unserer Sicht vor dem Stern vorbeizieht, den er umkreist, und dabei einen Teil des Lichts des Sterns verdeckt. VieleExoplaneten wurden entdeckt, indem man nach dem geringen Helligkeitsabfall eines Sterns suchte, der durch einen vorbeiziehenden Planeten verursacht wurde. Der Vergleich des Lichts des Sterns mit dem Licht, das die Atmosphäre des vorbeiziehenden Planeten durchdringt, liefert zudem Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All gebracht wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst für das Teleskop unter Einsatz der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Anpassungen der Ariane 5 für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den Hauptspektrografen NIRSpec sowie 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI bereit, das von einem Konsortium staatlich finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entwickelt und gebaut wurde.

Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)