Um den 35 Lichtjahre entfernten Stern L 98-59 kreist eine bislang unbekannte Art von Planet: Knapp fünf Milliarden Jahre nach seiner Entstehung ist er immer noch von einem Tausende von Kilometern tiefen Ozean aus geschmolzenem Gestein bedeckt. Das berichtet ein internationales Forschungsteam nach Beobachtungen und Computersimulationen im Fachblatt "Nature Astronomy".
L 98-59 ist ein roter Zwergstern mit etwa einem Drittel der Größe unserer Sonne. Rote Zwergsterne sind für Astronomen besonders interessant, da sie oft von kleinen Gesteinsplaneten auf sehr engen Umlaufbahnen umgeben sind. So auch L 98-59: Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop TESS führten 2019 zur Entdeckung von drei Planeten – bezeichnet mit den Buchstaben b, c und d – mit Umlaufzeiten von 2,25, 3,69 und 7,45 Tagen. Einen weiteren Planeten, L 98-59 e, mit einer Umlaufzeit von 12,83 Tagen bestätigten 2021 Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Dieses lieferte 2025 zudem Hinweise auf einen fünften Planeten in dem System.
Der dritte Planet stellte die Himmelsforscher allerdings vor ein Rätsel: Für seine Größe – sein Durchmesser ist etwa anderthalbmal so groß wie der Erddurchmesser – ist seine Masse und damit auch seine mittlere Dichte für einen Gesteinsplaneten ungewöhnlich klein. Die mittlere Dichte der Erde ist etwa 2,6-mal so groß wie die von L 98-59 d.
Entstehung mit ungewöhnlich hohem Anteil an Wasser und Schwefel
Bislang hatten Astronomen für solche Planeten zwei Erklärungen: Entweder es handelt sich um Gaszwerge - kleine Gesteinsplaneten mit einer aufgeblähten Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium. Oder um Wasserwelten, die überwiegend aus flüssigem und gefrorenem Wasser bestehen und deshalb eine geringe Dichte aufweisen.
Wie die Beobachtungen von Harrison Nicholls von der University of Cambridge und seinem Team mit dem Weltraumteleskop James Webb zeigen, ist L 98-59 d jedoch von einer dichten Atmosphäre mit einem hohen Anteil an Schwefelverbindungen umgeben. Das lässt sich mit keinem der beiden Modelle in Einklang bringen, da diese keine Erklärung für den Ursprung des Schwefels liefern.
Das Team hat deshalb die Entstehung und Entwicklung des Planeten ausgehend von unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen im Computer simuliert. Eine Übereinstimmung mit allen Beobachtungsdaten – also der Größe des Planeten, seiner geringen Dichte und dem Schwefel in seiner Atmosphäre – gelang dabei nur unter sehr speziellen Bedingungen: Der Planet muss bereits mit einem ungewöhnlich hohen Anteil an Wasser und Schwefel entstanden sein.
"Dieser geschmolzene Planet spiegelt die Vielfalt der Welten wider"
Diese Zusammensetzung führt, wie die Simulationen zeigen, bis heute zu einer starken Wechselwirkung zwischen dem Inneren des Planeten und seiner Atmosphäre. Über einem kleinen Kern aus Eisen besitzt der Planet demnach einen tiefen Ozean aus flüssigem Gestein. Dieser Magma-Ozean gibt ständig Wasserstoff und Schwefel ab und hält so eine dichte Atmosphäre um den Planeten aufrecht. Diese dichte Atmosphäre wiederum führt zu einem sehr starken Treibhauseffekt, der die Temperatur auf dem Planeten so weit erhöht, dass der Magma-Ozean bis heute erhalten geblieben ist.
Besitzt L 98-59 d also gar keine feste Oberfläche? "Das lässt sich nicht genau sagen", erläutert Nicholls. Eine dicke feste Kruste wie auf der Erde mit Kontinentalplatten und Plattentektonik gibt es dort allerdings nicht, ist der Forscher sicher. "Wir erwarten höchstens eine dünne Haut aus dunklem Gestein, ähnlich wie auf Seen aus Lava auf der Erde." Da der Planet wahrscheinlich eine gebundene Rotation aufweist, seinem Stern also immer die gleiche Seite zuwendet, könnte diese Gesteinshaut auf der Tagseite dünner sein als auf der Nachtseite.
"Unsere Entdeckung legt nahe, dass die Kategorien, die Astronomen bislang zur Beschreibung kleiner Planeten verwenden, zu einfach sind", betont Nicholls. "Dieser geschmolzene Planet spiegelt die große Vielfalt der Welten wider, die außerhalb des Sonnensystems existieren."
