Eisiger Exoplanet in seltsamer Umlaufbahn von NASA’s Webb abgebildet

Originalveröffentlichung am 10.06.2025 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases

Zusammenfassung: Erste Ansicht eines Exoplaneten in einem extrem falsch ausgerichteten System

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ist nicht nur für bahnbrechende wissenschaftliche Entdeckungen in allen Bereichen der Astrophysik bekannt geworden, sondern auch für seine großartigen, komplexen Bilder von Himmelsobjekten wie Sternentstehungsgebieten und Planeten des Sonnensystems.

Die Webb-Bilder von Exoplaneten sehen jedoch deutlich anders aus als jene weitläufigen Landschaften. Das liegt daran, daß es äußerst schwierig ist, Planeten abzubilden, die andere Sterne als unsere eigene Sonne umkreisen. Oft sind die Heimatsterne Tausende Male heller als die Planeten, die sie umkreisen, und die Planeten befinden sich relativ nah an ihren Sternen am Himmel.

Dennoch können Forscher eine Fülle von Informationen aus dem gewinnen, was auf einem Bild nur als entfernter Punkt erscheint.

Webb’s neues Bild von 14 Herculis c, einem kalten Exoplaneten, der einen Stern in 60 Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreist, hat den Forschern Einblicke in die Temperatur des Planeten, seine seltsame Umlaufbahn und seine atmosphärische Dynamik gegeben.

Ein Planetensystem, das von Forschern als abnormal, chaotisch und seltsam beschrieben wurde, ist mit NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop klarer zu erkennen. Mit Webb’s NIRCam (Nahinfrarotkamera) ist es den Forschern gelungen, einen der beiden bekannten Planeten um den Stern 14 Herculis abzubilden, der sich 60 Lichtjahre von der Erde entfernt in unserer eigenen Milchstraße befindet.

Der Exoplanet, 14 Herculis c, ist einer der kältesten, die bisher abgebildet wurden. Von den fast 6.000 bisher entdeckten Exoplaneten wurde nur ein kleiner Teil direkt abgebildet, und die meisten von ihnen sind sehr heiß (Hunderte oder sogar Tausende von Grad Celsius). Die neuen Daten deuten darauf hin, daß 14 Herculis c, der ungefähr siebenmal so schwer ist wie der Planet Jupiter, nur minus 3 Grad Celsius kalt ist.

Die Ergebnisse des Teams zu 14 Herculis c wurden zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal Letters angenommen und am Dienstag auf einer Pressekonferenz auf der 246. Tagung der American Astronomical Society in Anchorage, Alaska, vorgestellt.

„Je kälter ein Exoplanet ist, desto schwieriger ist es, ihn abzubilden. Dies ist also ein völlig neuer Bereich, den Webb mit seiner extremen Empfindlichkeit im Infraroten erschlossen hat“, sagte William Balmer, Mitautor der neuen Arbeit und Doktorand an der Johns Hopkins University. „Wir sind nun in der Lage, nicht nur heiße, junge Exoplaneten abzubilden, sondern auch ältere Exoplaneten, die viel kälter sind, als wir sie vor Webb direkt gesehen haben.“

Die Webb-Aufnahme von 14 Herculis c bietet auch Einblicke in ein Planetensystem, das sich von den meisten anderen, die mit Webb und anderen boden- und weltraumgestützten Observatorien im Detail untersucht wurden, unterscheidet. Der Zentralstern 14 Herculis ist fast sonnenähnlich – er ähnelt in Alter und Temperatur unserer eigenen Sonne, ist aber etwas weniger massereich und kühler.

Es gibt zwei Planeten in diesem System – 14 Herculis b ist näher am Stern und wird von der koronographischen Maske in der Webb-Ansicht verdeckt. Diese Planeten umkreisen den Wirtsstern nicht in der gleichen Ebene wie unser Sonnensystem. Stattdessen kreuzen sie sich wie ein „X“, wobei sich der Stern im Zentrum befindet. Das heißt, die Bahnebenen der beiden Planeten sind in einem Winkel von etwa 40 Grad zueinander geneigt. Die Planeten ziehen und zerren aneinander, während sie den Stern umkreisen.

Dies ist das erste Mal, daß ein Bild eines Exoplaneten in einem derartig falsch ausgerichteten System aufgenommen wurde.

Wissenschaftler arbeiten an mehreren Theorien, wie die Planeten in diesem System so „aus der Bahn“ geraten sind. Eines der führenden Konzepte besagt, daß die Planeten versprengt wurden, nachdem ein dritter Planet zu Beginn seiner Entstehung gewaltsam aus dem System geschleudert worden war.

„Die frühe Entwicklung unseres eigenen Sonnensystems wurde von der Bewegung und der Anziehungskraft unserer eigenen Gasriesen beherrscht“, fügt Balmer hinzu. „Sie schleuderten Asteroiden umher und gruppierten andere Planeten um. Hier sehen wir die Nachwirkungen eines gewalttätigeren planetarischen Tatorts. Es erinnert uns daran, daß etwas Ähnliches auch in unserem eigenen Sonnensystem hätte passieren können und daß die Ergebnisse für kleine Planeten wie die Erde oft von viel größeren Kräften diktiert werden.“

Mit Webb die Eigenschaften des Planeten verstehen

Die neuen Daten von Webb geben den Forschern nicht nur weitere Einblicke in die Temperatur von 14 Herculis c, sondern auch in andere Details der Umlaufbahn und Atmosphäre des Planeten.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß der Planet in einer stark elliptischen oder footballförmigen Umlaufbahn rund 2,2 Milliarden Kilometer vom Wirtsstern entfernt und damit näher an ihm dran ist als bisher angenommen. Das ist etwa 15-mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Im Durchschnitt würde 14 Herculis c damit in unserem Sonnensystem zwischen Saturn und Uranus liegen.

Die mit dem Koronographen von Webb gemessene Helligkeit des Planeten bei 4,4 Mikrometern deutet in Verbindung mit der bekannten Masse des Planeten und dem Alter des Systems auf eine komplexe atmosphärische Dynamik hin.

„Wenn sich ein Planet mit einer bestimmten Masse vor 4 Milliarden Jahren geformt und sich dann im Laufe der Zeit abgekühlt hat, weil er keine Energiequelle hat, die ihn warm hält, können wir vorhersagen, wie heiß er heute sein müßte“, sagt Daniella C. Bardalez Gagliuffi vom Amherst College, die zusammen mit Balmer Erstautorin der Studie ist. „Zusätzliche Informationen, wie die wahrgenommene Helligkeit in der direkten Abbildung, würden theoretisch diese Schätzung der Temperatur des Planeten unterstützen.“

Allerdings spiegelt sich das, was die Forscher erwarten, nicht immer in den Ergebnissen wider. Bei 14 Herculis c ist die Helligkeit bei dieser Wellenlänge schwächer als für ein Objekt dieser Masse und dieses Alters erwartet. Das Forscherteam kann diese Diskrepanz jedoch erklären. Es handelt sich um ein chemisches Ungleichgewicht des Kohlenstoffs, das oft bei Braunen Zwergen auftritt.

„Dieser Exoplanet ist so kalt, daß die besten Vergleiche, die wir haben und die gut studiert sind, die kältesten Braunen Zwerge sind“, erklärt Bardalez Gagliuffi. „Bei diesen Objekten, wie bei 14 Herculis c, sehen wir Kohlendioxid und Kohlenmonoxid bei Temperaturen, bei denen wir eigentlich Methan sehen sollten. Dies ist auf die Umwälzungen in der Atmosphäre zurückzuführen. Moleküle, die bei wärmeren Temperaturen in der unteren Atmosphäre entstehen, werden sehr schnell in die kalte, obere Atmosphäre gebracht.“

Die Forscher hoffen, daß Webb’s Aufnahme von 14 Herculis c nur der Anfang einer neuen Phase der Erforschung dieses seltsamen Systems ist.

Während der kleine Lichtpunkt von Webb eine Fülle von Informationen enthält, könnten künftige spektroskopische Untersuchungen von 14 Herculis c die atmosphärischen Eigenschaften dieses interessanten Planeten besser eingrenzen und den Forschern helfen, die Dynamik und die Entstehungswege des Systems zu verstehen.

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).

14 Herculis c (NIRCam)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): 14 Herculis c
• Objektbeschreibung: Kalter Exoplanet
• Rektaszension: 16:10:24.61
• Deklination: +43:48:56.26
• Sternbild: Hercules
• Entfernung: Ungefähr 60 Lichtjahre entfernt
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F444W
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild wurde mit dem NIRCam-Instrument am James-Webb-Weltraumteleskop aufgenommen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung einer warm/roten Farbkarte zu einem monochromatischen (Graustufen-)Bild.

Über das Bild: Diese Ansicht von 14 Herculis c, einem Planeten, der einen 60 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern umkreist, wurde mit dem Koronographen der NIRCam (Nahinfrarotkamera) an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA aufgenommen. Ein Sternsymbol markiert die Position des Heimatsterns 14 Herculis, dessen Licht durch den Koronographen blockiert wurde (hier als dunkler, weiß umrandeter Kreis dargestellt).

Die Beobachtungen von Webb legen nahe, daß der Exoplanet 14 Herculis c nur minus 3 Grad Celsius kalt ist, was ihn zu einem der kältesten Exoplaneten macht, die jemals abgebildet wurden. Die Ergebnisse lassen auch vermuten, daß der Planet in einer stark elliptischen oder footballförmigen Umlaufbahn etwa 2,2 Milliarden Kilometer vom Wirtsstern entfernt ist und damit näher bei ihm steht als bisher angenommen. Der Planet war nicht so hell, wie die Forscher aufgrund seines bekannten Alters (etwa 4 Milliarden Jahre alt) oder seiner Masse (etwa das Siebenfache des Planeten Jupiter) erwartet hatten. Dies veranlaßt die Forscher zu der Annahme, daß eine komplexe atmosphärische Dynamik im Spiel ist, bei der Moleküle, die bei wärmeren Temperaturen in der unteren Atmosphäre gebildet werden, sehr schnell in die kalte, obere Atmosphäre gebracht werden.

Das Licht bei 4,44 Mikrometer wurde in diesem Bild der Farbe Rot zugeordnet.