Originalveröffentlichung am 14.04.2026 zu finden unter: https://science.nasa.gov/mission/webb/latestnews/

Zusammenfassung: Die Zusammensetzung und die Umlaufbahn des extrem massereichen 29 Cygni b deuten auf Akkretion innerhalb einer protoplanetaren Scheibe hin

Wo verläuft die Grenze zwischen Sternen und den massereichsten Planeten? Wissenschaftler vermuten, daß dies davon abhängt, wie sie entstanden sind. Entstanden sie nach einem „Bottom-up“-Ansatz, bei dem sie im Laufe der Zeit allmählich an Größe zunahmen, oder nach einem „Top-down“-Ansatz, bei dem sich eine große Ansammlung von Gas und Staub in kleinere, planetengroße Teile aufspaltete?

Um diese Fragen zu beantworten, untersuchten Astronomen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop ein Objekt, das ungefähr 15-mal so viel wiegt wie Jupiter und damit genau an der Trennlinie zwischen den beiden Prozessen liegt. Sie fanden heraus, daß sich das Objekt, genannt 29 Cygni b, vermutlich eher von unten nach oben als von oben nach unten gebildet hat. Mit anderen Worten: Es entstand wie ein Planet, nicht wie ein Stern.

Planeten, wie jene in unserem Sonnensystem, entstehen in einem Bottom-up-Prozeß, bei dem sich kleine Gesteins- und Eisbrocken zusammenballen und mit der Zeit immer größer werden. Doch je massereicher ein Planet ist, desto schwieriger ist es, seine Entstehung auf diese Weise zu erklären.

Astronomen setzten das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ein, um 29 Cygni b zu untersuchen, ein Objekt, das ungefähr 15-mal so massereich ist wie Jupiter und einen nahen Stern umkreist. Sie fanden zahlreiche Hinweise darauf, daß 29 Cygni b tatsächlich durch diesen Bottom-up-Prozeß entstanden ist, was neue Einblicke in die Entstehung der schwersten Planeten liefert. Ein Artikel, der diese Ergebnisse beschreibt, wurde am Dienstag in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Es wird allgemein angenommen, daß die Planetenentstehung in riesigen Gas- und Staubscheiben um Sterne herum durch einen Prozeß stattfindet, der als Akkretion bezeichnet wird. Staub verklumpt zu Kieselsteinen, die miteinander kollidieren und immer größer werden, wodurch sich Protoplaneten und schließlich Planeten bilden. Die größten sammeln dann Gas an und werden zu Riesen wie Jupiter. Da die Entstehung von Gasriesen mehr Zeit in Anspruch nimmt und die Scheibe aus planetarischem Material schließlich verdampft und verschwindet, bestehen Planetensysteme letztendlich aus viel mehr kleinen Planeten als aus großen Planeten.

Im Gegensatz dazu bilden sich Sterne, wenn eine riesige Gaswolke in Fragmente zerbricht und jedes Fragment unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert, wodurch es kleiner und dichter wird. Ein ähnlicher Fragmentierungsprozeß könnte theoretisch auch innerhalb von protoplanetaren Scheiben stattfinden. Das könnte erklären, warum einige sehr massereiche Objekte Milliarden von Kilometern von ihren Muttersternen entfernt gefunden werden, in Regionen, in denen die protoplanetare Scheibe eigentlich zu dünn gewesen wäre, als daß eine Akkretion hätte stattfinden können.

29 Cygni b liegt genau an der Grenze zwischen dem, was durch diese beiden unterschiedlichen Mechanismen erklärt werden kann. Er hat die 15-fache Masse des Jupiter und umkreist seinen Stern in einer durchschnittlichen Entfernung von 2,4 Milliarden Kilometern – etwa so weit wie der Uranus in unserem Sonnensystem. Das Forschungsteam hat ihn ins Visier genommen, weil er potenziell aus beiden Prozessen hervorgegangen sein könnte.

„In Computermodellen kommt es bei der Fragmentierung in einer Scheibe sehr leicht zu viel höheren Massen als bei 29 Cygni b. Dies ist die niedrigste Masse, die man plausibel erhalten könnte. Gleichzeitig ist es aber auch die höchste Masse, die man durch Akkretion erhalten könnte“, sagte der Hauptautor William Balmer von der Johns Hopkins University und dem Space Telescope Science Institute, beide in Baltimore.

Balmer’s Beobachtungsprogramm benutzte Webb’s NIRCam (Nahinfrarotkamera) im Koronographen-Modus, um 29 Cygni b direkt abzubilden. Dieser Planet war das erste von vier Objekten, auf die das Programm abzielte; von allen ist bekannt, daß sie zwischen dem 1- und 15-fachen der Jupitermasse wiegen. Das Team legte zudem fest, daß sich ihre Ziele in einer Entfernung von ungefähr 15 Milliarden Kilometern um ihre Sterne bewegen müssen.

Die Planeten waren alle jung und von ihrer Entstehung noch heiß, mit Temperaturen zwischen circa 530 bis 1.000 Grad Celsius. Dies würde gewährleisten, daß ihre atmosphärische Chemie derjenigen der Planeten von HR 8799 ähnelte, dessen System Balmer zuvor untersucht hatte.

Durch die Wahl geeigneter Filter konnte das Team nach Anzeichen für die Absorption von Licht durch Kohlendioxid (CO₂) und Kohlenmonoxid (CO) suchen, wodurch sie die Menge dieser schwereren chemischen Elemente bestimmen konnten, die Astronomen zusammenfassend als Metalle bezeichnen.

Sie fanden starke Hinweise darauf, daß 29 Cygni b im Vergleich zu seinem Mutterstern, der in seiner Zusammensetzung unserer Sonne ähnlich ist, an Metallen angereichert ist. Angesichts der Masse des Planeten entspricht die Menge der darin enthaltenen schweren Elemente etwa 150 Erden. Dies deutet darauf hin, daß er große Mengen an metallangereicherten Feststoffen aus einer protoplanetaren Scheibe akkretiert hat.

Das Team nutzte zudem eine bodengestützte optische Teleskopanordnung namens CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy), um festzustellen, ob die Umlaufbahn des Planeten mit der Rotationsachse des Sterns übereinstimmt. Sie bestätigten diese Ausrichtung, die bei einem Objekt, das sich aus einer protoplanetaren Scheibe gebildet hat, zu erwarten wäre.

„Wir konnten die Umlaufbahn des Planeten aktualisieren und haben zudem den Mutterstern beobachtet, um dessen Ausrichtung in Bezug auf diese Umlaufbahn zu bestimmen“, sagte Ash Messier, Mitautor und Doktorand an der Johns Hopkins University. „Wir haben gezeigt, daß die Neigung des Planeten gut mit der Rotationsachse des Sterns übereinstimmt, was dem entspricht, was wir bei den Planeten unseres Sonnensystems beobachten.“

„Zusammengenommen deuten diese Beweise stark darauf hin, daß sich 29 Cygni b innerhalb einer protoplanetaren Scheibe durch schnelle Akkretion metallreichen Materials und nicht durch Gasfragmentierung gebildet hat“, sagte Balmer. „Mit anderen Worten: Er entstand wie ein Planet und nicht wie ein Stern.“

Während das Team Daten zu den anderen drei Zielen seines Programms sammelt, plant es, nach Hinweisen auf Unterschiede in der Zusammensetzung zwischen Planeten mit geringerer und höherer Masse zu suchen. Dies dürfte zusätzliche Einblicke in ihre Entstehungsmechanismen liefern.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisation).

Exoplanet 29 Cygni b (NIRCam Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): 29 Cygni b
• Objektbeschreibung: Exoplanet
• Rektaszension: 20:14:32.2
• Deklination: +36:48:24.5
• Sternbild: Cygnus
• Entfernung: etwa 133 Lichtjahre
• Daten
• Instrument: NIRCam>Koronograph-Modus
• Filter: F410M, F430M, F460M
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder wurden mit dem Instrument NIRCam des Webb-Weltraumteleskops gewonnen. Die Farbdarstellung entsteht durch die Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu einem monochromen (Graustufen-)Bild. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F410M Grün: F430M Rot: F460M

Über das Bild: Astronomen nutzten NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop, um 29 Cygni b, der 15-mal so viel wie Jupiter wiegt, direkt abzubilden. Sie fanden Hinweise auf schwere chemische Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff, was stark darauf hindeutet, daß er sich wie ein Planet durch Akkretion innerhalb einer protoplanetaren Scheibe gebildet hat und nicht wie ein Stern durch Fragmentierung.

Webb’s NIRCam (Nahinfrarotkamera) wurde im Koronagraphen-Modus eingesetzt, bei dem ein Keil (durch den blauen Rahmen angezeigt) das Licht des Muttersterns (mit A bezeichnet und mit einem Sternsymbol markiert) abblendet, um den Planeten sichtbar zu machen. Dieses Bild kombiniert Licht von drei Filtern im Bereich zwischen 4 und 5 Mikrometern. Der Planet ist im blauen Filter am hellsten, gefolgt von grün und rot, sodaß er in der Farbkomposition als cremefarbener Punkt erscheint. Gäbe es kein Kohlendioxid, würde der Planet deutlich rötlicher erscheinen.

In diesem Bild wird die Farbe Blau dem Licht bei 4,1 Mikrometern zugeordnet, Grün dem Licht bei 4,3 Mikrometern und Rot dem Licht bei 4,6 Mikrometern.

Exoplanet 29 Cygni b (Künstlerischer Entwurf)

Über das Bild: Der Exoplanet 29 Cygni b, hier in einer künstlerischen Darstellung zu sehen, ist ein Gasriese mit circa der 15-fachen Masse des Jupiter. Er umkreist einen Stern vom Typ A (oben rechts abgebildet), der ein wenig heißer und massereicher ist als unsere Sonne, in einer durchschnittlichen Entfernung von 2,4 Milliarden Kilometern. Von dem Stern ist bekannt, daß er eine staubhaltige Trümmerwolke besitzt. Ein hypothetisches Kometenfragment nähert sich dem Planeten, während frühere Einschläge auf dessen Wolkenobergrenze dunkle Flecken hinterlassen haben, ähnlich wie bei den Einschlägen von Shoemaker-Levy 9 auf dem Jupiter in unserem Sonnensystem.

Astronomen untersuchten 29 Cygni b mit NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop. Sie stellten fest, daß er sich wahrscheinlich durch Akkretion gebildet hat, einen Bottom-up-Prozeß, bei dem kleine Gesteins- und Eisbrocken zusammenklumpen und mit der Zeit größer werden, und nicht durch die Fragmentierung einer Scheibe. Mit anderen Worten: Er entstand wie ein Planet und nicht wie ein Stern.