Können Exoplaneten Ringe wie der Saturn haben?

Spannende Frage, die ich mir persönlich nie gestellt habe: Könnte es Exoplaneten geben, die Ringe wie unser Planet Saturn haben? Es gibt einen Exoplaneten als Kandidaten für ein solches Ringsystem. Dieses ist aber 200 Mal größer ist als das des Saturn.

Ein Astronomen-Team unter der Leitung von Eric Mamajek aus Rochester haben bereits 2012 einen hoffnungsvollen Kandidaten entdeckt. Der Astronom Eric Mamajek, der damals noch an der Universität von Rochester forschte, und sein Co-Autor vom Observatorium Leiden in den Niederlanden sind auf ein Ringsystem gestoßen, das den sehr jungen sonnenähnlichen Stern J1407 verdeckt. Ich bin über nachfolgenden Tweet auf diese Information gestoßen, die die NASA in diesem Artikel von 2015 beschreibt. Es gibt zudem diesen Artikel der Universität Rochester aus dem Januar 2015 über diesen Planeten und seine Ringe.

Das Ringsystem dieses Exoplaneten muss aber enorme Ausmaße haben und ist viel größer sowie schwerer ist als das Ringsystem des Saturn. Eine neue Analyse der Daten unter der Leitung von Matthew Kenworthy aus Leiden zeigt, dass das Ringsystem aus mehr als 30 Ringen besteht, von denen jeder einen Durchmesser von mehreren Millionen Kilometern hat. Außerdem fanden sie Lücken in den Ringen, die darauf hindeuten, dass sich Satelliten ("Exomonen") gebildet haben könnten. Das Ergebnis wurde in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal veröffentlicht.

"Die Details, die wir in der Lichtkurve sehen, sind unglaublich. Die Verfinsterung dauerte mehrere Wochen, aber man sieht schnelle Veränderungen auf Zeitskalen von zehn Minuten, die auf feine Strukturen in den Ringen zurückzuführen sind", sagt Kenworthy. "Der Stern ist viel zu weit entfernt, um die Ringe direkt zu beobachten. Aber wir konnten ein detailliertes Modell erstellen, das auf den schnellen Helligkeitsschwankungen im Licht des Sterns basiert, das durch das Ringsystem hindurchgeht. Wenn wir die Saturnringe durch die Ringe um J1407b ersetzen könnten, wären sie nachts gut sichtbar und um ein Vielfaches größer als der Vollmond."

"Dieser Planet ist viel größer als Jupiter oder Saturn, und sein Ringsystem ist etwa 200-mal größer als die Ringe des Saturns", sagte Mitautor Mamajek, jetzt stellvertretender Projektwissenschaftler für das Exoplaneten-Erkundungsprogramm der NASA. "Man könnte ihn sich als eine Art Super-Saturn vorstellen".

Die Astronomen analysierten Daten aus dem SuperWASP-Projekt – im Rahmen eines Programms, dass Exoplanetare Gasriesen durch Transitionen vor ihrem Mutterstern aufspüren soll. Im Jahr 2012 berichteten Mamajek und Kollegen von der University of Rochester über die Entdeckung des jungen Sterns J1407 und die ungewöhnlichen Verfinsterungen und schlugen vor, dass diese durch eine mondbildende Scheibe um einen jungen Riesenplaneten oder Braunen Zwerg verursacht werden.

In einer dritten, neueren Studie, die ebenfalls von Kenworthy geleitet wurde, wurden adaptive Optik und Doppler-Spektroskopie eingesetzt, um die Masse des ringförmigen Objekts zu bestimmen. Auf der Grundlage dieser und früherer Arbeiten über das faszinierende System J1407 kommen sie zu dem Schluss, dass es sich bei dem Begleiter wahrscheinlich um einen – noch nicht gesehenen – Riesenplaneten mit einem gigantischen Ringsystem handelt, das für die wiederholte Verdunkelung des Lichts von J1407 verantwortlich ist.

Die Lichtkurve verrät den Astronomen, dass der Durchmesser des Ringsystems fast 120 Millionen Kilometer beträgt, mehr als zweihundert Mal so groß wie die Ringe des Saturns. Das Ringsystem enthält wahrscheinlich etwa die Masse einer Erde in Form von lichtverhüllenden Staubpartikeln.

Mamajek verdeutlicht, wie viel Material in diesen Scheiben und Ringen enthalten ist. "Würde man die vier großen Galileischen Monde des Jupiters zu Staub und Eis zermahlen und das Material über ihre Umlaufbahnen in einem Ring um den Jupiter verteilen, wäre der Ring so lichtundurchlässig, dass ein entfernter Beobachter, der den Ring vor der Sonne vorbeiziehen sieht, eine sehr tiefe, mehrtägige Finsternis erleben würde", sagt Mamajek. "Im Fall von J1407 sehen wir, dass die Ringe tagelang bis zu 95 Prozent des Lichts dieses jungen, sonnenähnlichen Sterns blockieren, also gibt es dort eine Menge Material, das dann Satelliten bilden könnte."

In den Daten fanden die Astronomen mindestens eine saubere Lücke in der Ringstruktur, die in dem neuen Modell deutlicher definiert ist. "Eine naheliegende Erklärung ist, dass sich ein Satellit gebildet und diese Lücke ausgehöhlt hat", sagt Kenworthy. "Die Masse des Satelliten könnte zwischen der von Erde und Mars liegen. Der Satellit würde eine Umlaufzeit von etwa zwei Jahren um J1407b haben."

Die Astronomen erwarten, dass die Ringe in den nächsten Millionen Jahren dünner werden und schließlich verschwinden, wenn sich aus dem Material in den Scheiben Satelliten bilden.

"Die Planetenforscher gehen schon seit Jahrzehnten davon aus, dass Planeten wie Jupiter und Saturn in einem frühen Stadium Scheiben um sich herum hatten, die dann zur Bildung von Satelliten führten", erklärt Mamajek. "Bis wir dieses Objekt 2012 entdeckten, hatte jedoch niemand ein solches Ringsystem gesehen. Dies ist der erste Schnappschuss der Satellitenbildung auf Millionen von Kilometern um ein substellares Objekt."

Die Astronomen schätzen, dass der ringförmige Begleiter J1407b eine Umlaufzeit von etwa einem Jahrzehnt hat. Die Masse von J1407b lässt sich nur schwer eingrenzen, liegt aber höchstwahrscheinlich im Bereich von 10 bis 40 Jupitermassen.

Die Forscher rufen Amateurastronomen dazu auf, sich an der Beobachtung von J1407 zu beteiligen, um die nächste Verfinsterung der Ringe zu erkennen und die Periode und Masse des Ringbegleiters zu bestimmen. Beobachtungen von J1407 können an die American Association of Variable Star Observers (AAVSO) gemeldet werden. In der Zwischenzeit suchen die Astronomen in anderen photometrischen Durchmusterungen nach Verfinsterungen durch noch unentdeckte Ringsysteme.

Kenworthy fügt hinzu, dass die Suche nach Finsternissen von weiteren Objekten wie dem Begleiter von J1407 "die einzige Möglichkeit ist, die frühen Bedingungen der Satellitenbildung in der nahen Zukunft zu beobachten. Die Finsternisse von J1407 werden es uns ermöglichen, die physikalischen und chemischen Eigenschaften von zirkumplanetaren Scheiben, aus denen Satelliten entstehen, zu untersuchen."

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