James-Webb-Teleskop entdeckt einen in die Länge gezogenen Planeten im Griff eines toten Sterns

Ein Planet von der Größe Jupiters rast in wenigen Stunden um einen toten Stern – und passt zu keiner gängigen Vorstellung davon, wie Planeten entstehen. Der Himmelskörper umkreist einen Pulsar, also den extrem dichten Überrest einer explodierten Sonne, in weniger als acht Stunden. Seine Atmosphäre besteht fast vollständig aus Helium und Kohlenstoff. Wasser, Methan oder Kohlendioxid fehlen nahezu. Unter enormem Druck könnte sich der Kohlenstoff im Inneren verdichten, möglicherweise sogar zu Diamanten. Zugleich zieht die gewaltige Schwerkraft des Sternrests den Planeten sichtbar in die Länge.

Diese Kombination widerspricht allen gängigen Modellen. Die Beobachtungen legen nahe, dass es Himmelskörper gibt, die nicht in bekannte Kategorien passen. Der Planet ist weder ein klassischer Gasriese noch ein entkernter Sternrest. Genau diese Unschärfe macht den Fund so bedeutsam – auch für Laien, denn er zeigt, wie vorläufig selbst scheinbar gesichertes Wissen über Planeten sein kann.

Ein ungewöhnlicher Planet aus Kohlenstoff sprengt vertraute Vorstellungen

Der entdeckte Körper trägt den Namen PSR J2322–2650b. Er besitzt etwa die Masse von Jupiter, ist aber deutlich stärker verformt. Ursache ist die Nähe zu seinem Zentralstern. Der Pulsar rotiert in Millisekunden und sendet energiereiche Strahlung aus. Der Planet kreist in nur rund 1,6 Millionen Kilometern Abstand – ein Bruchteil der Distanz zwischen Erde und Sonne. Diese Nähe erzeugt enorme Gezeitenkräfte, die den Planeten fast zitronenförmig strecken.

Besonders auffällig ist die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre. Das Team nutzte dafür NASAs James-Webb-Weltraumteleskop, das speziell für Beobachtungen im Infrarot gebaut wurde. Webb registrierte klare Signaturen von molekularem Kohlenstoff, konkret C₂ und C₃. Solche Moleküle wurden in Planetenatmosphären bislang nie direkt nachgewiesen. Üblicherweise liegt Kohlenstoff dort in gebundener Form vor, etwa als Kohlenmonoxid oder Methan. Beides fehlt hier fast vollständig. Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff liegt weit über 100, das zu Stickstoff sogar über 10.000. Solche Werte gelten in der Planetenforschung als extrem.

Warum Webb hier Dinge sieht, die sonst verborgen bleiben

Dass diese Details messbar wurden, liegt an einer Besonderheit des Systems. Pulsare strahlen vor allem im Gamma-Bereich. Für Webbs Infrarot-Instrumente bleiben sie nahezu unsichtbar. Der Stern überstrahlt den Planeten daher nicht. Das erlaubte es den Forschern der University of Chicago, den gesamten Umlauf zu beobachten und das Wärmespektrum präzise auszuwerten. Solch saubere Daten sind in der Exoplanetenforschung selten.

Die Ergebnisse wurden im Fachjournal The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht. In der Studie beschreiben die Forscher, wie sie den Planeten über eine komplette Umlaufbahn hinweg vermessen konnten. Michael Zhang von der University of Chicago wird dort mit den Worten zitiert: „Das ist eine neue Art von Planetenatmosphäre, die niemand zuvor gesehen hat.“ Die Aussage bringt auf den Punkt, warum der Fund Fachleute überrascht.

Gewaltige Hitze, starke Winde, extreme Bedingungen

Die Messungen zeigen zudem eine stark unterschiedliche Temperaturverteilung. Auf der dem Pulsar zugewandten Seite steigt die Temperatur auf über 2000 Grad Celsius. Die Nachtseite ist deutlich kühler, bleibt aber heiß. Diese Unterschiede treiben kräftige Winde an, die entgegen der Rotationsrichtung um den Planeten ziehen. Solche Strömungen kennt man von Hot Jupiter, doch hier sind sie besonders ausgeprägt.

Der Planet rotiert extrem schnell. Ein kompletter Tag dauert nur wenige Stunden. Modelle sagen voraus, dass sich unter solchen Bedingungen andere Windmuster bilden als bei langsameren Gasriesen. Die Webb-Daten liefern dafür nun Beobachtungsbelege. Damit öffnet sich ein neues Fenster in die Atmosphärenphysik exotischer Planeten.

Diamanten im Inneren? – Eine vorsichtige Deutung

Ein Aspekt sorgt für besondere Aufmerksamkeit. Unter dem enormen Druck im Inneren könnte sich Kohlenstoff kristallisieren. Theoretisch wären Diamanten möglich. Die Forscher bleiben vorsichtig. Ein direkter Nachweis fehlt. In der Studie heißt es sinngemäß, dass die Bedingungen eine solche Umwandlung erlauben könnten, nicht mehr. Der Diamanten-Vergleich dient vor allem dazu, die extremen physikalischen Verhältnisse greifbar zu machen.

Wichtiger ist die Frage, wie ein solcher Körper überhaupt entstehen konnte. Weder die klassische Planetenentstehung in einer Staubscheibe noch das langsame Abtragen eines Sterns erklären die gemessene Chemie. „Es ist sehr schwer vorstellbar, wie man diese extrem kohlenstoffreiche Zusammensetzung erhält“, wird Zhang zitiert.

Was diesen Fund von anderen unterscheidet

PSR J2322–2650b gehört zu einer kleinen Gruppe sogenannter Schwarze-Witwen-Systeme. Dabei entzieht ein Pulsar seinem Begleiter über lange Zeit Material. In anderen bekannten Fällen ähneln die Begleiter dichten Sternresten. Dieser Planet jedoch besitzt eine Dichte wie ein Gasriese. Genau dieser Widerspruch macht ihn einzigartig.

Die Studie zeigt auch, was Webb künftig leisten kann. Das Teleskop eröffnet neue chemische und dynamische Bereiche, die bisher nur theoretisch diskutiert wurden. Molekularer Kohlenstoff galt als instabil in Planetenatmosphären. Nun liegt ein klarer Nachweis vor.

Kurz zusammengefasst:

• Ein jupitergroßer Planet umkreist einen Pulsar in weniger als acht Stunden und wird durch dessen extreme Schwerkraft sichtbar in die Länge gezogen. Seine Nähe zum Sternrest erzeugt enorme Gezeitenkräfte und Temperaturen von über 2000 Grad Celsius auf der Tagseite.
• Die Atmosphäre besteht fast ausschließlich aus Helium und molekularem Kohlenstoff (C₂, C₃), während Wasser, Methan und Kohlendioxid nahezu fehlen. Solche Moleküle wurden in Planetenatmosphären bisher nie direkt nachgewiesen; die gemessenen Kohlenstoff-Verhältnisse gelten als extrem.
• Die Beobachtungen mit NASAs James-Webb-Weltraumteleskop widersprechen allen gängigen Modellen der Planetenentstehung. Der Fund zeigt, dass es Himmelskörper gibt, die weder klar als Planet noch als Sternrest einzuordnen sind.

Übrigens: Während ein verzerrter Planet im Griff eines Pulsars zeigt, wie ungewöhnlich Planeten sein können, spricht eine neue Studie dafür, dass die Erde doch kein Sonderfall ist – eine nahe Supernova könnte ihre Entstehung begünstigt haben. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)