Rund 1.400 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist ein Gasriese seinen Stern unter Bedingungen, die langfristig kaum überlebbar erscheinen. WASP-12b braucht für einen vollständigen Umlauf nur etwas mehr als einen Erdentag. Seine Bahn führt ihn so dicht an seinen Stern heran, dass gewaltige Gezeitenkräfte den Planeten verformen. Gleichzeitig verliert WASP-12b Material, und präzise Messungen zeigen inzwischen, dass sich seine Umlaufzeit langsam verkürzt. Der Planet bewegt sich offenbar auf einer Bahn, die ihn seinem Stern immer näher bringt.

WASP-12b gehört damit zu den eindrucksvollsten Beispielen dafür, dass Planetensysteme keineswegs unveränderlich sein müssen. Während sich die Erde seit Milliarden Jahren auf einer vergleichsweise stabilen Bahn um die Sonne bewegt, können extrem sternnahe Gasriesen ein ganz anderes Schicksal erfahren. Bei WASP-12b lässt sich ein Prozess beobachten, der astronomisch langsam erscheint, für einen Planeten aber auf eine Katastrophe hinausläuft: Seine Umlaufbahn zerfällt.

Was ist WASP-12b?

WASP-12b wurde 2008 im Rahmen des SuperWASP-Projekts entdeckt. Er gehört zur Klasse der sogenannten heißen Jupiter. Damit bezeichnen Astronomen Gasriesen, deren Masse ungefähr mit der des Jupiter vergleichbar ist, die ihren Stern jedoch in einem extrem geringen Abstand umkreisen.

Nach den derzeit geführten NASA-Daten besitzt WASP-12b etwa die 1,5-fache Masse des Jupiter. Sein Radius ist dagegen fast doppelt so groß wie der Jupiterradius. Der Planet ist deshalb stark aufgebläht und besitzt eine vergleichsweise geringe mittlere Dichte.

Sein Stern WASP-12 ist größer und heißer als die Sonne. Entscheidend ist jedoch vor allem der Abstand zwischen Stern und Planet. WASP-12b umkreist seinen Stern in ungefähr 0,023 Astronomischen Einheiten. Das entspricht nur wenigen Millionen Kilometern. Merkur, der sonnennächste Planet unseres Sonnensystems, bewegt sich dagegen im Mittel in einer Entfernung von fast 58 Millionen Kilometern um die Sonne.

Für einen Umlauf benötigt WASP-12b lediglich rund 1,09 Erdentage. Ein Jahr auf diesem Planeten dauert damit nur etwas mehr als 26 Stunden.

Warum ist WASP-12b so extrem heiß?

Bei einem derart geringen Abstand wird WASP-12b einer enormen Strahlungsmenge ausgesetzt. Messungen seiner Wärmestrahlung ergeben für die Tagseite Temperaturen von ungefähr 2.900 Kelvin, also mehr als 2.600 Grad Celsius. Je nach Wellenlängenbereich und Beobachtungsmethode können die ermittelten Temperaturen variieren.

Unter diesen Bedingungen gibt es keine feste Oberfläche wie bei der Erde. WASP-12b ist ein Gasriese, dessen äußere Atmosphärenschichten durch die intensive Einstrahlung stark erhitzt und ausgedehnt werden.

Die enorme Hitze trägt dazu bei, dass seine Atmosphäre weit über die tieferen Schichten des Planeten hinausreicht. Gleichzeitig wirkt die Schwerkraft des nahe gelegenen Sterns besonders stark auf diese aufgeblähte Gashülle ein.

Damit entsteht eine Kombination, die für WASP-12b gefährlich wird: Der Planet ist groß, stark erhitzt und befindet sich unmittelbar neben einem wesentlich massereicheren Stern.

Wie wird WASP-12b von seinem Stern auseinandergezogen?

Der entscheidende Mechanismus sind Gezeitenkräfte. Auch zwischen Erde und Mond wirken solche Kräfte. Der Mond zieht beispielsweise stärker an der ihm zugewandten Erdseite als an der abgewandten Seite. Dadurch entstehen unter anderem die Gezeiten der Meere.

Bei WASP-12b sind diese Unterschiede in der Gravitationswirkung jedoch erheblich größer. Die dem Stern zugewandte Seite des Planeten befindet sich deutlich näher am Stern als die gegenüberliegende Seite. Deshalb wird sie stärker angezogen.

WASP-12b ist dadurch nicht vollkommen kugelförmig. Beobachtungen mit dem europäischen Weltraumteleskop CHEOPS sowie mit TESS und Spitzer ermöglichten es Forschern, die Verformung des Planeten anhand seiner Lichtkurve zu untersuchen. Eine 2024 veröffentlichte Analyse fand ein messbares Signal einer Gezeitenverformung.

Vereinfacht lässt sich WASP-12b deshalb eher als leicht langgezogener Körper beschreiben als als perfekte Kugel. Häufig wird seine Form anschaulich mit einem Ei oder einem Rugbyball verglichen. Die tatsächliche Gestalt ist selbstverständlich wesentlich subtiler, doch die Abweichung von einer Kugelform lässt sich inzwischen anhand astronomischer Messungen untersuchen.

Diese Verformung ist nicht nur eine optische Besonderheit. Sie zeigt, wie stark die Gravitation des Sterns bereits auf die Struktur des Planeten einwirkt.

Verliert WASP-12b seine Atmosphäre?

Bereits kurz nach der Entdeckung des Planeten entstand die Vermutung, dass WASP-12b Material verlieren könnte. Seine äußeren Atmosphärenschichten befinden sich so weit vom Planetenzentrum entfernt, dass die Gravitation des Planeten sie nur noch vergleichsweise schwach festhält.

Gleichzeitig zieht der Stern an diesen Gasschichten.

Modelle zeigen, dass WASP-12b seinem sogenannten Roche-Limit beziehungsweise der entsprechenden Roche-Grenze sehr nahe kommt. Diese Grenze beschreibt den Bereich, in dem die Gezeitenkräfte eines größeren Körpers so stark werden können, dass ein kleinerer Körper oder dessen äußere Schichten nicht mehr vollständig durch die eigene Gravitation zusammengehalten werden.

Bei einem Gasriesen bedeutet dies nicht, dass der gesamte Planet plötzlich zerbricht. Vielmehr können besonders weit außen liegende Atmosphärenschichten entweichen. Gas kann aus der unmittelbaren Umgebung des Planeten in Richtung des Sterns strömen und möglicherweise eine ausgedehnte Struktur um das System bilden.

Frühere theoretische Modelle kamen zu erheblichen Massenverlustraten. Die genaue gegenwärtige Rate ist allerdings modellabhängig und lässt sich nicht einfach als direkt gemessener konstanter Wert angeben. Sicher ist vor allem, dass die extreme Nähe zum Stern Bedingungen schafft, unter denen atmosphärischer Massenverlust erwartet wird.

WASP-12b wird also nicht wie ein fester Körper Stück für Stück abgebrochen. Vielmehr verliert ein stark aufgeheizter Gasplanet Teile seiner äußeren Hülle.

Warum wird die Umlaufbahn von WASP-12b immer kürzer?

Noch bedeutender als der Verlust von Atmosphäre ist eine zweite Entwicklung: WASP-12b bewegt sich offenbar tatsächlich langsam auf seinen Stern zu.

Astronomen können dies messen, weil der Planet von der Erde aus gesehen regelmäßig vor seinem Stern vorbeizieht. Bei jedem sogenannten Transit wird ein kleiner Teil des Sternlichts verdeckt. Diese Ereignisse lassen sich mit hoher Genauigkeit zeitlich bestimmen.

Wäre die Umlaufbahn vollkommen unveränderlich, müssten sämtliche Transits nach einem exakt gleichbleibenden Zeitplan stattfinden. Genau das geschieht jedoch nicht.

Langjährige Beobachtungen zeigen, dass die Transits von WASP-12b zunehmend früher eintreten als bei einer konstanten Umlaufzeit zu erwarten wäre. Untersuchungen mit bodengebundenen Teleskopen sowie Daten von TESS und anderen Observatorien haben diesen Effekt immer genauer bestätigt.

Eine umfassende Auswertung von CHEOPS-, TESS- und Spitzer-Beobachtungen ergab 2024 eine Verkürzung der Umlaufperiode von etwa 30 Millisekunden pro Jahr. Das klingt verschwindend gering. Über astronomische Zeiträume ist dieser Wert jedoch enorm.

Die Umlaufbahn verliert Energie.

Was verursacht den Bahnzerfall von WASP-12b?

Als wichtigste Erklärung gelten erneut Gezeitenkräfte – diesmal jedoch nicht nur die Verformung des Planeten, sondern die Wechselwirkung zwischen Planet und Stern.

WASP-12b zieht mit seiner eigenen Gravitation auch an seinem Stern und erzeugt dort eine Gezeitenverformung. Weil sich der Stern nicht exakt im gleichen Rhythmus dreht, in dem der Planet ihn umkreist, können dabei Bewegungsenergie und Drehimpuls zwischen Umlaufbahn und Stern ausgetauscht werden.

Im Fall von WASP-12b führt dieser Prozess offenbar dazu, dass der Planet Energie aus seiner Umlaufbahn verliert. Dadurch wird seine Bahn langsam kleiner. Je näher er dem Stern kommt, desto kürzer wird zugleich seine Umlaufzeit.

Damit entsteht langfristig eine problematische Entwicklung: Ein kleinerer Abstand verstärkt die Gezeitenwechselwirkung zusätzlich. Der Planet gerät immer tiefer in den Bereich, in dem sein Stern seine Entwicklung dominiert.

Andere Erklärungen für die beobachteten Transitverschiebungen wurden über Jahre diskutiert. Dazu gehörte insbesondere eine langsame Drehung einer leicht elliptischen Umlaufbahn, die sogenannte Apsidendrehung oder apsidale Präzession. Genauere Beobachtungen von Transits und Bedeckungen des Planeten hinter dem Stern sprechen inzwischen jedoch sehr deutlich für einen tatsächlichen Bahnzerfall.

Aktuelle Untersuchungen bestätigen weiterhin, dass die Umlaufperiode abnimmt.

Wann wird WASP-12b zerstört?

Die Frage klingt einfacher, als sie wissenschaftlich zu beantworten ist. Aus der gegenwärtig gemessenen Geschwindigkeit des Bahnzerfalls lässt sich zwar eine charakteristische Zeitskala berechnen. Häufig werden für WASP-12b Größenordnungen von einigen Millionen Jahren genannt.

Das bedeutet jedoch nicht, dass sich ein präzises Datum für das Ende des Planeten angeben ließe.

Die heutige Zerfallsrate muss über Millionen Jahre nicht konstant bleiben. Sowohl die innere Struktur des Sterns als auch seine Rotation und die Stärke der Gezeitendissipation können sich verändern. Gleichzeitig nimmt die Wechselwirkung wahrscheinlich zu, wenn der Planet weiter nach innen wandert.

Entscheidend ist außerdem, was unter „Zerstörung“ verstanden wird. WASP-12b könnte bereits vorher immer stärkeren Massenverlust erleben. Seine äußeren Gasschichten könnten zunehmend über die Roche-Grenze hinausreichen. Schließlich könnte der Planet große Mengen seiner Hülle verlieren oder vollständig mit dem Stern verschmelzen.

Die Größenordnung von Millionen Jahren macht dennoch deutlich, wie außergewöhnlich das System ist. Der Stern WASP-12 existiert seit Milliarden Jahren, doch der Planet befindet sich offenbar in einer vergleichsweise kurzen letzten Phase seiner Entwicklung.

Wird WASP-12b tatsächlich vom Stern verschluckt?

Nach dem heutigen Kenntnisstand ist dies das wahrscheinlichste langfristige Szenario, sofern sich die gegenwärtige Entwicklung fortsetzt.

Mit abnehmendem Bahnradius gerät WASP-12b immer tiefer in das Gravitationsfeld seines Sterns. Gleichzeitig werden die Gezeitenkräfte stärker. Irgendwann könnte der Planet die Grenze erreichen, an der seine eigene Gravitation große Teile seiner Gashülle nicht mehr zusammenhalten kann.

Dann wäre ein zunehmender Materiestrom vom Planeten zum Stern möglich. Statt eines plötzlichen Absturzes wäre daher eher ein fortschreitender Prozess zu erwarten, bei dem der Planet immer stärker deformiert und seiner Atmosphäre beraubt wird.

Wie dieser Endzustand im Einzelnen aussehen würde, hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter der inneren Struktur des Planeten und des Sterns sowie der Geschwindigkeit, mit der Energie durch Gezeitenprozesse dissipiert wird.

Dass WASP-12b sich seinem Stern nähert, gilt dagegen inzwischen als sehr gut belegt.

Was verrät WASP-12b über heiße Jupiter?

Als die ersten heißen Jupiter entdeckt wurden, stellten sie Astronomen vor ein grundlegendes Problem. Gasriesen dieser Größe können vermutlich nicht unmittelbar neben ihren Sternen entstehen. In der protoplanetaren Scheibe herrschen dort Bedingungen, unter denen die Entstehung eines Jupiter-ähnlichen Planeten schwierig wäre.

Die heute bevorzugten Szenarien gehen deshalb davon aus, dass heiße Jupiter weiter außen entstehen und anschließend nach innen wandern.

WASP-12b zeigt möglicherweise einen späten Abschnitt dieser Entwicklung. Seine Wanderung in das innere Planetensystem liegt längst zurück, doch die Wechselwirkungen mit seinem Stern dauern an. In seinem heutigen extremen Abstand ist die Umlaufbahn offenbar nicht mehr langfristig stabil.

Damit bietet der Planet Astronomen die seltene Möglichkeit, nicht nur einen extrem heißen Gasriesen zu untersuchen, sondern die langfristige Entwicklung eines Planetensystems nahezu in Echtzeit zu verfolgen. Natürlich verändert sich WASP-12b für menschliche Beobachter nur minimal. Doch die Genauigkeit moderner Instrumente reicht aus, um selbst Veränderungen von wenigen Millisekunden pro Jahr nachzuweisen.

Kann auch die Erde irgendwann in die Sonne stürzen?

Das Schicksal von WASP-12b lässt sich nicht unmittelbar auf die Erde übertragen. Die Erde befindet sich rund 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt und besitzt eine auf heutigen Zeitskalen sehr stabile Umlaufbahn. Gezeitenbedingter Bahnzerfall spielt für unseren Planeten gegenwärtig keine vergleichbare Rolle.

Langfristig wird allerdings auch die Erde durch die Entwicklung ihres Sterns beeinflusst. In mehreren Milliarden Jahren wird sich die Sonne zu einem Roten Riesen entwickeln und stark ausdehnen. Ob die Erde dabei direkt verschluckt wird oder ihre Bahn durch den Masseverlust der Sonne weit genug nach außen wandert, hängt von komplizierten Wechselwirkungen ab.

Dieser Prozess hat jedoch nichts mit der aktuellen Situation von WASP-12b zu tun. Dort findet die entscheidende Wechselwirkung bereits heute statt, weil der Planet seinem Stern außergewöhnlich nahe gekommen ist.

Was wissen wir heute über das Ende von WASP-12b?

Gesichert ist, dass WASP-12b ein stark aufgeblähter heißer Jupiter ist, der seinen Stern in nur etwas mehr als einem Tag umrundet. Seine extreme Nähe zum Stern führt zu Temperaturen von mehreren Tausend Grad und zu starken Gezeitenkräften. Beobachtungen liefern außerdem Hinweise darauf, dass der Planet messbar verformt ist.

Besonders überzeugend ist inzwischen der Nachweis, dass seine Umlaufperiode langsam kürzer wird. Messungen verschiedener Teleskope ergeben eine Abnahme von ungefähr 30 Millisekunden pro Jahr. Damit gehört WASP-12b zu den wichtigsten bekannten Beispielen für einen Planeten mit nachweisbarem orbitalem Zerfall.

Weniger genau bekannt ist, wie sich dieser Prozess in ferner Zukunft entwickeln wird. Massenverlustraten, Gezeitendissipation und die genaue verbleibende Lebensdauer hängen von Modellen ab. Eine feste Frist für die Zerstörung des Planeten gibt es daher nicht.

Das grundsätzliche Bild ist dennoch ungewöhnlich eindeutig: WASP-12b befindet sich seinem Stern so nahe, dass beide Körper nicht mehr unabhängig voneinander betrachtet werden können. Der Stern verformt den Planeten, beeinflusst seine Atmosphäre und entzieht seiner Umlaufbahn langsam Energie.

Für menschliche Maßstäbe verändert sich der Planet kaum. Für astronomische Verhältnisse aber befindet sich WASP-12b mitten in einem Prozess, der schließlich dazu führen dürfte, dass eine ganze Welt verschwindet.

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Quellen
▪︎ NASA Exoplanet Exploration – WASP-12 b
▪︎ NASA Exoplanet Archive – WASP-12
▪︎ B. Akinsanmi et al., Astronomy & Astrophysics – The tidal deformation and atmosphere of WASP-12 b from its phase curve
▪︎ S. W. Yee et al., The Astrophysical Journal Letters – The Orbit of WASP-12b Is Decaying
▪︎ J. D. Turner et al., The Astronomical Journal – Decaying Orbit of the Hot Jupiter WASP-12b: Confirmation with TESS Observations
▪︎ E. Alvarado III et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society – Searching for tidal orbital decay in hot Jupiters
▪︎ P. Leonardi et al., Astronomy & Astrophysics – TASTE V: A new ground-based investigation of orbital decay in the ultra-hot Jupiter WASP-12b
▪︎ S.-L. Li et al., Nature – WASP-12b as a prolate, inflated and disrupting planet from tidal dissipation