Astronomen haben mit dem 3,5-Meter-Teleskop WIYN am Kitt Peak National Observatory in Arizona einen ungewöhnlichen Jupiter-ähnlichen Planeten in einer Umlaufbahn um einen kühlen roten Zwergstern beobachtet. Dieser Planet mit der Bezeichnung TOI-3757 b befindet sich etwa 580 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Auriga, dem Wagenlenker, und ist der Planet mit der geringsten Dichte, der jemals um einen roten Zwergstern entdeckt wurde. Die Forscher schätzen, dass seine durchschnittliche Dichte der eines Marshmallows entspricht.

Rote Zwergsterne sind die kleinsten und lichtschwächsten Mitglieder der so genannten Hauptreihensterne – Sterne, die in ihrem Kern mit gleichmäßiger Geschwindigkeit Wasserstoff in Helium umwandeln. Obwohl sie im Vergleich zu Sternen wie unserer Sonne “kühl” sind, können Rote Zwergsterne extrem aktiv sein und gewaltige Eruptionen auslösen, die einen Planeten seiner Atmosphäre berauben können. Dass ausgerechnet dort ein solcher Gasriese kreist, galt bisher als eher unwahrscheinlich.

“Riesenplaneten um rote Zwergsterne gelten traditionell als schwer zu bilden”, sagt Shubham Kanodia, Forscher am Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science und Erstautor einer in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlichten Arbeit. “Bislang wurde dies nur mit kleinen Stichproben aus Doppler-Untersuchungen untersucht, bei denen typischerweise Riesenplaneten in größerer Entfernung von diesen roten Zwergsternen gefunden wurden. Bis jetzt hatten wir noch keine ausreichend große Stichprobe, um Gasplaneten in der Nähe auf robuste Weise zu finden.”

Wie konnte TOI-3757 b also entstehen? Das Team von Kanodia glaubt, eine Lösung für dieses Rätsel zu haben. Die besonders niedrige Dichte von TOI-3757 b könnte demnach auf zwei Faktoren zurückzuführen sein. Man geht davon aus, dass Gasriesen mit einem massiven Gesteinskern beginnen, der etwa zehnmal so schwer ist wie die Erde, und dann schnell große Mengen an Gas aus ihrer Umgebung an sich binden. Nun weist der Mutterstern von TOI-3757b im Vergleich zu anderen M-Zwergen eine geringere Häufigkeit schwerer Elemente auf. Dies könnte dazu geführt haben, dass sich der felsige Kern des Planeten quasi aus Rohstoffmangel langsamer gebildet hat, was den Beginn der Gasakkretion verzögert und somit die Gesamtdichte des Planeten beeinflusst hat. Der zweite Faktor könnte die Umlaufbahn des Planeten sein, von der man annimmt, dass sie leicht elliptisch ist. Es gibt Zeiten, in denen er seinem Stern näher kommt als zu anderen Zeiten, was zu einer erheblichen Überhitzung führt, die offenbar die Atmosphäre des Planeten aufgebläht hat.

Der Planet wurde zunächst vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA entdeckt. TESS verfolgte den Transfer des Planeten TOI-3757 b vor seinem Stern, was es den Astronomen ermöglichte, den Durchmesser des Planeten auf etwa 150.000 Kilometer zu berechnen, was geringfügig größer als der des Jupiters ist. Der Planet vollendet eine vollständige Umkreisung seines Wirtssterns in nur 3,5 Tagen, 25 Mal weniger als der nächstgelegene Planet in unserem Sonnensystem – Merkur -, der dafür etwa 88 Tage benötigt.

Die Astronomen maßen dann die scheinbare Bewegung des Sterns entlang der Sichtlinie, auch bekannt als seine Radialgeschwindigkeit. Diese Messungen ergaben die Masse des Planeten, die etwa ein Viertel der Masse des Jupiters oder etwa das 85-fache der Masse der Erde beträgt. Die Kenntnis der Größe und der Masse ermöglichte es dem Team von Kanodia, die durchschnittliche Dichte von TOI-3757 b mit 0,27 Gramm pro Kubikzentimeter zu berechnen. Damit hätte er weniger als die Hälfte der Dichte des Saturn (des Planeten mit der geringsten Dichte im Sonnensystem), etwa ein Viertel der Dichte von Wasser (was bedeutet, dass er in einer riesigen, mit Wasser gefüllten Badewanne schwimmen würde) oder in der Tat eine ähnliche Dichte wie ein Marshmallow.