Sub-Neptune sind vermutlich Wasserwelten

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Künstlerische Darstellung einer Wasserwelt in einem fernen Sonnensystem (Illu.). Copyright: R. Hurt (IPAC)/NASA/JPL-Caltech

Künstlerische Darstellung einer Wasserwelt in einem fernen Sonnensystem (Illu.). Copyright: R. Hurt (IPAC)/NASA/JPL-Caltech

Cambridge (USA) – Bei den meisten Exoplaneten mit einer Größe, die sich zwischen der unserer Erde und des Neptuns bewegt – sogenannte Sub-Neptune – handelt es sich wahrscheinlich um gewaltige Wasserwelten. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle Studie anhand von Computersimulationen der Planetenkategorie, deren Anzahl die erdartiger Felsplaneten übertreffen könnte.

Wie das Team um dem Planetenwissenschaftler Li Zeng von der Harvard University in Cambridge aktuell im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1812905116) berichtet, beinhalten derartige Wasserwelten das vielfach Tausendfache der Wassermenge unseres eigenen Planeten und sind innerhalb unserer Heimatgalaxie der Milchstraße vermutlich zahlreicher zu finden als erdartige Felsplaneten.

Hintergrund
Werden in den meisten Studien und populärwissenscahftlichen Artikeln zum Thema, Planeten oft anhand ihrer Masse in Kategorien eingeteilt, basiert die Unterscheidung in unterschiedliche Kategorien von Exoplaneten in der aktuellen Studie zum Zeng und Kollegen hauptsächlich auf der Planetengröße, dem Durchmesser: So gelten erdartige Planeten vom bis zu zweifachen Erd-Durchmesser als Felsplaneten. Danach sprechen die Autoren von sog. Super-Erden und definieren diesen Begriff angesichts von Planeten mit bis zu zweifachem Erd-Durchmesser. Sub-Neptune sind dann zwei bis viermal so groß wie die Erde. (Neptun selbst hat etwa den vierfachen Erd-Durchmesser). Bei eisreichen und von großen Gashüllen umgebenen Planeten mit dem vier- bis zehnfachen Erd-Durchmesser sprechen die Forscher dann von Übergangs-Planeten (transitional Planets) und darüber hinaus, also Planeten mit mehr als dem 10-fachen Erd-Durchmesser, von Gas-Riesen, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Heliumgas bestehen.

Während einige frühere Studien zu der Überzeugung kamen, dass es sich bei Sub-Neptunen entweder um Gas-Zwerge oder Planeten mit felsigem Kern und einer gewaltigen Wasserstoff-Helium-Atmosphäre handelt, stützt die neue Studie die dritte Möglichkeit von Sub-Neptunen als große Wasserwelten, auf denen gewaltige Mengen Wassers entweder in flüssiger oder gefrorener Form vollständig einen Felskern umgeben und selbst von einer Gasatmosphäre umhüllt sind.

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Zu diesem Schluss kommen die Planetenwissenschaftler und -wissenschaftlerinnen anhand von Computersimulationen des Planetenwachstums, anhand derer sie herausfinden wollten, welches Szenario am besten die Masse und Durchmesser der bislang bekannten Exoplaneten erklärt. Auf der Grundlage der Beobachtung, dass die Kenntnis über Masse und Durchmesser eines Planeten Rückschlüsse über dessen Dichte zulassen, haben die Forscher zahlreiche Simulationen durchgespielt.

Das Ergebnis zeigt, dass es sich bei Sub-Neptunen am wahrscheinlichsten um Wasserwelten und weniger um Gaszwerge handelt. Die Ergebnisse legen auch nahe, dass jeder Sub-Neptun zu mindestens 25 Prozent vermutlich aber zu mehr als 50 Prozent aus flüssigem oder gefrorenem Wasser besteht. Zum Vergleich: Unsere Erde besitzt nur 0,02 Prozent ihrer Masse in Form von Wasser.

Zugleich vermuten die Autoren, dass sich alleine in den Kepler-Daten und unter den darin entdeckten und noch zu bestätigenden Planeten-Kandidaten und bestätigten Planeten, mehr als 1.000 solcher Wasserwelten finden. Statistisch gesehen wären Wasserwelten damit häufiger als erdartige Felsplanten, und jeder typische sonnenähnliche Stern dürfte eine oder sogar mehrere Wasserwelten beherbergen.

Warum unser eigenes Sonnensystem weder Super-Erden, Heiße Jupiter und auch eben keine Wasserwelt besitzt, ist weiterhin ein ebenso rätselhaft, wie die Frage, warum in den meisten der von Kepler entdeckten Planetensystemen die Planeten ihren Stern dichter und deutlich näher umrunden als im Sonnensystem. „Vielleicht ist unser Sonnensystem, mit seinen sternnahen Felsplaneten und -fernen Gasplaneten wirklich eine der selteneren Ausnahmen?“ kommentiert Zeng abschließend u.a. gegenüber „Space.com“.

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