Seit den 1990er Jahren haben Experten einige wirklich bizarre Exoplaneten gefunden. Es wurden auch sehr heiße, sehr große Planeten entdeckt, die um mehrere Sterne oder in seltsamen Winkeln kreisen. PSR J2322-2650b sticht jedoch selbst unter diesen hervor. Der Planet ist insofern seltsam, als er einen Pulsar, einen pulsierenden Neutronenstern, umkreist. Pulsare sind die kollabierten Kerne massereicher Sterne, die in eine Kugel gequetscht sind, die kleiner als eine Stadt ist, aber die gleiche Masse wie unsere Sonne hat und den Weltraum mit intensiver Strahlung bombardiert. In dieser extremen Umgebung wurde der Planet gefunden.
PSR J2322-2650b hat etwa die gleiche Masse wie der Jupiter und braucht nur 7,8 Stunden, um den Pulsar zu umkreisen. Der Abstand zwischen den beiden beträgt damit etwa 1 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Die Anziehungskraft des Pulsars ist so stark, dass die Form des Planeten verzerrt ist: Er ist nicht kugelförmig, sondern eher zitronenförmig. Das ist alles sehr seltsam, aber ist es nicht das, was James Webb (JWST) jetzt enthüllt hat. Forscher mit dem Weltraumteleskop haben herausgefunden, dass die Atmosphäre des Planeten aus Helium und reinem Kohlenstoff besteht und dass der Kohlenstoff wahrscheinlich wie Diamanten in die tieferen Schichten des Planeten fällt. Kein anderer bekannter Planet hat eine so seltsame Atmosphäre, für die es keine Erklärung gibt.
"Dies war eine völlige Überraschung", sagte Peter Gao, Mitautor der neuen Studie über PSR J2322-2650b am Carnegie Earth and Planets Laboratory in Washington, DC. "Ich erinnere mich, dass unsere kollektive Reaktion, nachdem wir die Daten gesehen hatten, war: 'Was zum Teufel ist das? Das ist etwas völlig anderes als das, was wir erwartet haben." Der Pulsar sendet eine Menge Strahlung aus, insbesondere hochenergetische Gammastrahlen und Radiowellen. Dieses Licht ist für das JWST, das das Universum im Infrarotbereich untersucht, unsichtbar. Diese Strahlen haben jedoch eine starke Wirkung auf die Atmosphäre des Planeten, und die Auswirkungen können in der Infrarotstrahlung gemessen werden, was Aufschluss über die Zusammensetzung des Planeten gibt.
"Dieses System ist einzigartig, weil man den Planeten im Licht des Wirtssterns sehen kann, den Wirtsstern aber überhaupt nicht", erklärt Maya Beleznay, Doktorandin im dritten Jahr an der Stanford University, die an der Modellierung der Geometrie von Form und Umlaufbahn des Planeten gearbeitet hat. "Dadurch erhalten wir ein extrem sauberes Spektrum und können dieses System detaillierter untersuchen als normale Exoplaneten."
"Dies ist eine neue Art von Atmosphäre, die niemand zuvor gesehen hat. Statt der üblichen Moleküle, die man auf einem Exoplaneten erwarten würde - wie Wasser, Methan und Kohlendioxid - haben wir molekularen Kohlenstoff gesehen, insbesondere C3- und C2-Moleküle", sagt Michael Zhang, Forscher an der University of Chicago und Leiter der Studie. Kohlenstoffmoleküle können eine Atmosphäre nur dann dominieren, wenn es wenig oder keinen Stickstoff und Sauerstoff gibt. Andernfalls würde der Kohlenstoff mit diesen Elementen reagieren. Dies ist der erste der 150 Planeten, deren Atmosphäre bisher charakterisiert wurde, der eine solche Zusammensetzung aufweist.
Die Wissenschaftler wissen immer noch nicht, wie diese seltsame Welt zustande gekommen ist. Bei winzigen Sternen, die Pulsare umkreisen, stiehlt der Pulsar Material von seinem Begleiter, und das Material hilft dem Pulsar, zu beschleunigen und starke Winde zu erzeugen, die schließlich den Begleitstern zerstören. Bei PSR J2322-2650b handelt es sich jedoch nicht um einen Stern, sondern eindeutig um einen Planeten. Braune Zwerge, die sich wie Sterne bilden, aber nicht groß genug sind, um in ihren Kernen eine Kernfusion auszulösen, müssen mindestens 13-mal massereicher sein als Jupiter. Dieser Planet ist viel kleiner als das.
"Hat er sich wie ein normaler Planet gebildet? Das kann nicht sein, denn seine Zusammensetzung ist völlig anders", sagt Zhang. "Vielleicht ist er durch die Ablösung der äußeren Schicht des Sterns entstanden? Auch das ist wahrscheinlich nicht möglich, denn auf diese Weise kann man keinen reinen Kohlenstoff erhalten. Es ist sehr schwierig, sich vorzustellen, wie eine so kohlenstoffreiche Zusammensetzung zustande kommen könnte. Es scheint alle bekannten Entstehungsmechanismen auszuschließen."
Eine Möglichkeit, so Co-Autor Roger Romani (Stanford University und Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology), besteht darin, dass es sich bei dem nun planetengroßen Objekt um den abgestreiften Kern eines Sterns handeln könnte, und der nun tote Stern hat eine völlig bizarre Atmosphäre entwickelt. "Wenn der Begleitstern abkühlt, beginnt das Gemisch aus Kohlenstoff und Sauerstoff in seinem Inneren zu kristallisieren", so Romani. Aber irgendetwas musste passieren, damit der Sauerstoff und der Stickstoff fehlten. Und das ist ein weiteres Rätsel."
