Rarität oder neue Klasse

Wir leben in interessanten Zeiten. Zumindest in bezug auf die astrophysikalische Forschung. Neue Generationen von Teleskopen erlauben Beobachtungen, die noch vor wenigen Jahren als undenkbar galten. Hierzu zählt auch die Entdeckung von Exoplaneten. Planeten, heißt das, die sich außerhalb unseres Sonnensystems befinden, und diese werden aktuell in einer Geschwindigkeit entdeckt, mit der selbst Captain Kirk nicht mithalten könnte: Während 2010 noch wenige hundert Exoplaneten bekannt waren, sind es mittlerweile ein paar tausend. Dabei ist man heute in der Lage, auch kleinere und mittelgroße Planeten zu sehen und dabei teilweise ihr Licht aufzufangen und auszuwerten, denn man ist nicht mehr allein auf den indirekten Nachweis durch bahnmechanische Störungen beschränkt, die durch sehr massereiche Planeten bei Sternen hervorgerufen werden.

Während man es in den 1990er Jahren noch für möglich hielt, dass Sterne mit sie umrundenden Planeten die Ausnahme sein könnten, ist man beim Stand heutiger Erkenntnis ziemlich sicher, dass Planetensysteme sehr häufig sind und die meisten Sterne auch Planeten besitzen. Unter all den Planeten wurden entsprechend auch die abenteuerlichsten Welten gefunden.

Besonderes Kopfzerbrechen bereitet den Forschern aktuell ein Planet, der den Namen PSR J2322–2650b trägt. Er gehört zu den wenigen bisher entdeckten Planeten, die einen Pulsar umkreisen. Pulsare sind Überreste von extrem massereichen Sternen, die bereits explodiert sind. Diese Überbleibsel sind derart kompakt, dass sie als ein gigantischer Atomkern aufgefasst werden können. Sind diese Objekte stark magnetisiert, so strahlen sie, ähnlich einem Leuchtturm, in einem eingegrenzten Winkel starke, rotierende ­Lichtkegel aus, die wir als gepulste Signale beobachten. Dass ein solches Objekt Planeten hat, ist schon an sich eine interessante Kuriosität. Für gewöhnlich werden Planeten bei einer Sternenexplosion aus ihrer Bahn geworfen oder sogar aus dem System herausgeschleudert. Denkbar wäre, dass es sich bei PSR J2322–2650b um den Überrest eines Sterns handelt, dessen Masse so lange vom benachbarten Pulsar absorbiert wurde, bis er selbst aufhörte zu leuchten. Derartige Absorptionsvorgänge konnten bisher schon einige Male beobachtet werden.

Interessanter noch ist die chemische Zusammensetzung von PSR J2322–2650b: Eine mit Hilfe des James Webb Space Telescope (JWST) durchgeführte Spektralanalyse ergab, dass dieser Planet nahezu vollständig aus Kohlenstoff besteht. Kohlenstoff ist an sich kein besonders seltenes Element. Elemente bis zur Ordnungszahl 26 (Eisen) entstehen durch stellare Kernfusionsprozesse: Durch das Eigengewicht eines Sterns werden verschiedene Atomkerne so sehr aneinandergepresst, dass sie fusionieren, wobei sehr viel Energie freigesetzt wird. Die neu entstandenen Elemente können dann wieder zu noch schwereren Elementen fusionieren und so weiter. Je schwerer ein Stern, desto schwerere Elemente kann er auf diese Weise erzeugen. Dabei sind uns eine Reihe von Kernreaktionsketten bekannt, die die Zusammensetzung normaler Planeten und Sterne ganz gut erklären können. Beim Eisen ist dann eine natürliche Grenze gesetzt, da eine Eisenfusion Energie verbraucht, anstatt sie freizusetzen. Alle weiteren Elemente entstehen entweder in komplexen Schockwellenwechselwirkungen bei Sternexplosionen oder künstlich in menschlichen Labors beziehungsweise Teilchenbeschleunigern (freilich in extrem geringen Mengen).

Kohlenstoff kann durchaus in stellaren Kernfusionsprozessen entstehen, allerdings entstehen dabei normalerweise ebenfalls andere, leichtere Elemente wie Sauerstoff, die mit dem Kohlenstoff in der Planetenatmosphäre chemische Verbindungen wie zum Beispiel CO2 eingehen. Man beobachtete jedoch statt dessen die Spektrallinien von reinen Kohlenstoffmolekülen wie C2 und C3, die sich nur bilden, wenn nicht genügend andere chemische Reaktionspartner vorhanden sind. Selbst wenn es sich bei dem Planeten um einen einst kannibalisierten Stern handelt, wäre diese Kohlenstoffkonzentration nicht erklärbar. Die unerklärliche Zusammensetzung könnte ein Hinweis auf neue Kernfusionsprozesse sein, die man bisher nicht für möglich oder wahrscheinlich gehalten hatte. Alle bisherigen alternativen Fusionketten, die besonders viel Kohlenstoff hervorbringen, scheiden jedoch aus. Auch sie würden eine solche Kohlenstoffkonzentration nicht erzeugen können.

Eine Forschungsgruppe um Michael Zhang an der University of Chicago, die entsprechende Ergebnisse Mitte Dezember veröffentlicht hatte, erhofft sich nun durch die spektrale Untersuchung anderer Pulsar-Begleiter, ähnliche Planetenatmosphären zu finden. Dadurch würde zumindest geklärt, ob es sich bei PSR J2322–2650b um einen Exoten oder um eine verallgemeinerbare Exoplanetenklasse handelt, die man bislang schlicht nicht entdeckt hatte. In jedem Fall gibt diese kohlenschwarze Welt der Forschung ein schweres Rätsel auf.