In einem Universum, in dem über 4.500 Sterne bekannt sind, die Planeten beherbergen, und viele Sterne in Paaren vorkommen, könnte man meinen, Zwei-Sonnen-Welten wie Tatooine aus Star Wars wären überall zu finden. Aber von mehr als 6.000 bestätigten Exoplaneten – die meisten entdeckt von NASAs Kepler-Weltraumteleskop und dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) – wurden nur 14 gefunden, die Doppelsterne umkreisen. Nach den Erwartungen der Astronomen hätten es Hunderte sein sollen – wo sind sie alle geblieben?
Forscher der University of California, Berkeley, und der American University of Beirut haben eine Antwort, und sie zeigt direkt auf Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. In Doppelsternsystemen umkreisen zwei Sterne mit leicht unterschiedlichen Massen einander elliptisch, und ein Planet um sie herum erfährt konkurrierende Gravitationskräfte. Dies führt dazu, dass die Umlaufbahn des Planeten präzediert, während die Präzession der Sterne durch allgemeinrelativistische Effekte beschleunigt wird, wenn Gezeitenkräfte sie näher zusammenziehen. Wenn diese Präzessionsraten in Resonanz synchronisieren, wird die Umlaufbahn des Planeten instabil.
'Zwei Dinge können passieren: Entweder kommt der Planet dem Doppelstern sehr, sehr nahe, erleidet Gezeitenzerstörung oder wird von einem der Sterne verschluckt, oder seine Umlaufbahn wird so stark gestört, dass er schließlich aus dem System geschleudert wird', sagte Mohammad Farhat, ein Miller-Postdoktorand an der UC Berkeley und Erstautor der Studie. 'In beiden Fällen wird man den Planeten los.'
Das bedeutet nicht, dass Doppelsterne planetenfrei sind; überlebende Planeten neigen dazu, weiter entfernt zu kreisen, was sie mit aktuellen Transitmethoden schwer nachweisbar macht. 'Es gibt sicherlich Planeten da draußen. Es ist nur so, dass sie mit den derzeitigen Instrumenten schwer zu entdecken sind', fügte Mitautor Jihad Touma, Physikprofessor an der American University of Beirut, hinzu.
Das Team berichtete seine Ergebnisse in The Astrophysical Journal Letters und hob eine planetare 'Wüste' um enge Doppelsterne hervor. Kepler und TESS entdecken Planeten, indem sie Helligkeitseinbrüche des Sternenlichts während Transits messen, und Kepler identifizierte etwa 3.000 bedeckungsveränderliche Doppelsternsysteme. Da etwa 10 % der sonnenähnlichen Sterne große Planeten beherbergen, erwarteten Wissenschaftler etwa 300 Systeme mit zirkumbinären Planeten. Stattdessen wurden nur 47 Kandidaten gefunden, von denen nur 14 bestätigt sind.
Bemerkenswerterweise umkreist keiner dieser bestätigten Planeten sehr enge Doppelsterne, die eine Umlaufbahn in weniger als etwa sieben Tagen vollenden. 'Es gibt einen Mangel an zirkumbinären Planeten im Allgemeinen und eine absolute Wüste um Doppelsterne mit Umlaufperioden von sieben Tagen oder weniger', sagte Farhat. Doppelsternsysteme haben eine Instabilitätszone, in der Planeten nicht stabil bleiben können, und interessanterweise kreisen 12 der 14 bekannten zirkumbinären Planeten knapp außerhalb dieser Region, was darauf hindeutet, dass sie weiter außen entstanden und nach innen gewandert sind.