Was wäre, wenn Jupiter ein Gesteinsplanet wäre?

[Frank]

Zugegeben, dass ist schon recht weit hergeholt, aber darauf bin gekommen, weil viele Menschen denken, dass ein Roter Riese z.B. viel massereicher wäre, als ein Hauptreihenstern, nur weil er viel größer ist.
Jupiter, hat 318 x mehr Masse als die Erde und ist doppelt so schwer, als alle anderen Planeten zusammen.
Allerdings ist er halt auch ein Gasplanet. Auch ist mit bewusst, das der Riesenplanet im Inneren irgendwann so dicht ist, dass Wasserstoff wohl metallisch ist.
Nehmen wir also mal an, Jupiter würde aus Gestein bestehen. Seine Ausmaße wissen wir ja, aber trotzdem habe ich keine Ahnung wie man das berechnen könnte
Als Referenz habe ich mir die Erde ausgesucht und wollte das einfach hoch multiplizieren, aber das geht ja mit der Masse nicht so einfach.
(oder vielleicht doch?)
Wahrscheinlich funktioniert das aber in der Realität gar nicht , weil so ein großer Gesteinsplanet sich wahrscheinlich selbst zusammendrücken würde.....?
Es gibt zwar viele Supererden, aber von den Ausmaßen eines Jupiters sind die auch sehr weg.
Und ab Neptungröße sind es ja schon wieder zum größten Teil Eiswelten.

Zum Schluss bewegt mich halt auch die Frage, wo die Massegrenze eines Gesteinsplaneten liegt?

Vielleicht hat ja einer von euch Antworten. (oder zumindest eine )

[Herr5Senf]

Vielleicht hülft's weiter
https://www.nationalgeographic.de/wisse ... nsplaneten

Größter gefundener Gesteinsplanet mit 40 Erdmassen, Obergrenze wird bei 25 Erdmassen vermutet wie bei Jupiter.
So viel Gestein muß in der Umlaufbahn da sein, was "gesammelt" werden kann. Dann zieht der "Kernplanet" massenhaft Gas an.

[seeker]

Die erste Näherung wäre, zu überlegen, wie groß der Jupiter wäre, wenn er bei seiner Masse dieselbe Dichte wie die Erde hätte.

Jupiter:
318 Erdmassen
11 Erddurchmesser
Dichte: 1,326 g/cm3 (das ist ein Mittelwert)

Erde:
1 Erdmasse
1 Erddurchmesser
Dichte: 5,515 g/cm³ (auch Mittelwert)

Dichteverhältnis:

5,515 / 1,326 = 4,159
Kehrwert davon: 0,2404

Bei derselben Dichte hätte der Jupiter also ein um das obige Verhältnis gerigeres Volumen.

Kugel:
V = (4/3)·π·r3

-> V(neu) = V(alt) * 0,2404
-> r(neu) = r(Jupiter) * 3. Wurzel(0,2404) = 11 * 0,622
r(neu) = 6,84

D.h.:
Ein Planet mit der Masse des Jupiters und der Dichte der Erde hätte den 6,84-fachen Erddurchmesser, statt den 11-fachen.
Sein Durchmesser (und Radius) wäre also immer noch 62% von dem, was er tatsächlich hat (und sein Volumen läge bei 24% von dem, was Jupiter tatsächlich hat).

Ab hier wirds dann schwierig:
In einer zweiten Näherung müsste man nun überlegen, wie stark die Materie in so einem Fall durch die Gravitation stärker als bei der Erde zusammengepresst würde, also auf welchen Wert unser Gesteinsplanet vom 6,84-fachen Erddurchmesser und mit 318 Erdmassen weiter schrumpfen würde. Man würde dabei dieselbe Elementzusammensetzung wie bei der Erde annehmen. Dazu muss man auch Gravitationsrechnungen machen.

Ich glaube, das wäre dann am besten numerisch mit einem Simulationsprogramm zu lösen.

Und in einer noch weiter verfeinerten 3. Näherung müsste man dann auch noch ausrechnen, ob es zu Elementumwandlungen kommt, wie sich die Elemete in dem Planeten schichten würden, welche Drücke und Temperaturen sich innen einstellen würden, usw.

Keine Ahnung... ich kann ohne das nur schätzen, dass sich der Radius vielleicht auf etwa den 5-fachen Erddurchmesser einpegeln würde und dass es zu keinen oder kaum Fusionsprozessen kommen würde, aber wer weiß?

Ansonsten:
Bei solchen Gedankenspielereien muss man auch überlegen, ob so etwas überhaupt entstehen kann (also ein gasarmer Planet von Jupitermasse)?
Falls überhaupt, dann extremst selten, würde ich meinen, nach allem, was wir über die Planetenentstehung wissen.
Unser Jupiter hat ja höchstwahrscheinlich einen Gesteinskern mit mehreren Erdmassen (vermutlich 15 Erdmassen), aber einem Super-Jupiter mit Gesteinskernmasse von 318 Erdmassen nun sein Gas zu entfernen, sollte schwierig sein. Ein extrem naher Stern oder ein SL oder so etwas könnte das vielleicht, aber dann wären wir eben schon bei Extremszenarien.

[Frank]

Erst einmal vielen Dank euch beiden.

Vielleicht hülft's weiter
https://www.nationalgeographic.de/wisse ... nsplaneten

Größter gefundener Gesteinsplanet mit 40 Erdmassen, Obergrenze wird bei 25 Erdmassen vermutet wie bei Jupiter.
So viel Gestein muß in der Umlaufbahn da sein, was "gesammelt" werden kann. Dann zieht der "Kernplanet" massenhaft Gas an.

Die Obergrenze von 25 Erdmassen wird aber bei Jupiter speziell vermutet und nicht generell, wenn ich das richtig verstanden habe. (?)

„Unsere besten Schätzungen über die Masse von diesem Teil des Jupiterkerns sind überraschend unsicher“, sagt Armstrong. „Aber einige neuere Arbeiten legen eine Obergrenze von etwa 25 Erdmassen nahe.

Kann der Kernplanet nicht nur Gas anziehen, falls auch welches vorhanden ist? Nehmen wir unser Sternensystem mal als Beispiel. Bis zur "Schneegrenze" hat die junge Sonne das umliegende Gas ja sehr schnell weg geblasen. Nach gängiger Planeten Entstehungstheorie bilden sich die Gasriesen ja hinter dieser Linie, wandern aber danach in Richtung Stern nach innen.

D.h.:
Ein Planet mit der Masse des Jupiters und der Dichte der Erde hätte den 6,84-fachen Erddurchmesser, statt den 11-fachen.
Sein Durchmesser (und Radius) wäre also immer noch 62% von dem, was er tatsächlich hat (und sein Volumen läge bei 24% von dem, was Jupiter tatsächlich hat).

Hier mal die Daten des bisher größten Gesteinsplaneten von 40 Erdmassen, der bis jetzt gefunden wurde,

Die Beobachtungen von TESS zeigten auch, dass der Planet etwa 3,4 Mal so breit ist wie die Erde. Das macht ihn zu einer ungewöhnlich großen Welt für eine so sternennahe Position.

https://www.nationalgeographic.de/wisse ... nsplaneten

Bei 3,4 mal so breit(oder soll das heißen 3 bis 4 mal so breit?), kämen wir ja schon bei 40 Erdmassen auf den 6,8 fachen Radius(wenn ich jetzt " Breite" richtig verstehe). Jupiter hat aber 8 mal so viel Masse.

Keine Ahnung... ich kann ohne das nur schätzen, dass sich der Radius vielleicht auf etwa den 5-fachen Erddurchmesser einpegeln würde und dass es zu keinen oder kaum Fusionsprozessen kommen würde, aber wer weiß?

Ich denke auch hier liegt der Hund begraben, denn was passiert mit der Materie und wie weit wird ein Planet von der Dichte eines Gesteinsplanet mit ansteigender Masse soweit komprimiert, dass es zu Fusionsprozessen kommt?

D.h., wie groß müsste in Gasriese sein, um auf Gesteinsniveau komprimiert werden zu können, um dann die tatsächliche Größe von Jupiter zu haben.
Vielleicht wird er da vorher eher zu einem Stern.

Beispiel: Ein Stern mit der 85 fachen Masse des Jupiters, aber mit der Größe des Saturns

https://www.youtube.com/watch?v=Z6h6gzvkiO8

[Herr5Senf]

ziemlich frisch https://www.mpg.de/19822758/simulation- ... nensystems

sagt aber nichts zu einer Obergrenze, aber über die Verteilung / Dichte des verfügbaren Baumaterials "Pebbles"
und die wird beim Freiräumen der Umlaufbahn den erreichbaren Kernplaneten "begrenzen" zzgl gegenseitige Störungen

[Diagnostiker]

Zur Masseobergrenze von Gesteinsplaneten:

Theoretisch gibt es da keine Grenze. Übersteigt die Massensumme einen bestimmten Wert, kollabieren die Elektronenhüllen und es entsteht im Innern ein Zustand wie bei Weißen Zwergen. Fügt man noch mehr Masse hinzu, entstehen Verhältnisse wie im Innern eines Neutronensterns. Schließlich kollabiert alles zu einem Schwarzen Loch, wenn man noch mehr Masse hinzufügt.

Praktisch kann man sich jedoch folgendermaßen eine Begrenzung ableiten: Sterne erreichen bei ca. 100 Sonnenmassen eine theoretische Obergrenze. Solche O-Überriesen bilden jedoch keine Planeten um sich herum, weil der Strahlungsdruck alles an Überresten der protostellaren Wolke wegbläst. Nehmen wir daher großzügig geschätzt mal an, erst ab ca. 10 Sonnenmassen wären Planeten möglich, die im Umfeld solcher Sterne entstehen. Die protostellare Wolke besteht zu etwa 2 Prozent aus "Metallen" (Elemente schwerer als Helium), so dass bei einer Wolkenmasse von ca. 100 Sonnenmassen etwa 2 Sonnenmassen "Metalle" enthalten sind.

Etwa 10 Prozent (also 0,2 Sonnenmassen) davon bilden das Zentrum des Protosterns, der später 10 Sonnenmassen enthält. Die restlichen 1,8 Sonnenmassen verteilen sich auf den Anteil der Wolke, die nicht zum Stern kollabiert. Die Untergrenze der Sternenmasse liegt bei etwa 0,08 Sonnenmassen Wolkenmaterial, was dann rund 0,0016 Sonnenmassen "Metalle" entspricht, die sich bei einer homogenen Mischung in so einem roten Zwergstern ansammeln würden.

Gesteinsplaneten können dann maximal 0,16 Prozent der Sonnenmasse enthalten, wenn sie aus einer homogenen protostellaren Wolke bzw. nachfolgend protoplanetaren Scheibe hervorgehen. Das sind dann 3,18 mal 10 hoch 27 kg. Jupiter hat eine Masse von 1,9 mal 10 hoch 27 kg, so dass die praktische maximale Masse eines Gesteinsplaneten etwa das 1,67fache von Jupiter betragen würde, was 532 Erdmassen entspricht.

Noch massereichere Gesteinsplaneten sind nur denkbar, wenn es zuvor eine Abreicherung der Wolke von Wasserstoff und Helium gegeben hat, wie es im Zuge der Ausbildung der protoplanetaren Scheibe geschehen kann (z.B. wenn mehrere Gasriesen entstehen, die dann größere Anteile von Wasserstoff und Helum an sich binden). Bei einer maximal verfügbaren Gesamtmenge von ca. 10 Prozent der Sternenmasse als verbliebenes Restmaterial der protostellaren Wolke (der Rest wird über den Strahlungsdruck des Sterns in den Raum geblasen), verbleiben 0,02 Sonnenmassen "Metalle" für die Planetenbildung.

Diese 0,02 Sonnenmassen oder ca. 4 mal 10 hoch 28 kg entsprechen etwa 20 Jupitermassen. Gesetzt den Fall, sämtliche "Metalle" würden vom umgebenden Gas isoliert und als Planet bei einem massereichen Stern zusammenklumpen, hätten wir dann den maximalen oberen Massewert für einen Gesteinsplaneten erhalten, der unter sehr speziellen Voraussetzungen wohl nur theoretisch entstehen könnte, aber nicht praktisch.

[seeker]

Ich denke, grundsätzlich kann man noch sagen:

Es existieren folgende denkbare Wege zur Bildung von sehr großen Gesteinsplaneten:

1. Direkte Entstehung (nahe des Heimatsterns)

2. Entstehung durch Kollision mehrer Planeten bzw. durch Aggregation großer Mengen weiteren Gesteins (incl. bei nahen Begegenungen mehrerer Sonnensysteme, incl. im Zuge von Galaxienkollisionen und den Vorgängen in den dichten Galaxienkernen)

3. Entstehung als Gasplanet mit Gesteinskern, mit nachfolgender Enfernung der leichten Elemente (der Gashülle)

4. Kombinationen davon

Es ist aber klar, dass in den aller-allermeisten Fällen bei großen Planeten halt große Gasplaneten bei all solchen Vorgängen herauskommen. Schon deshalb, weil es viel mehr Wasserstoff und Helium als schwere Elemente im Weltall gibt.

D.h., wie groß müsste ein Gasriese sein, um auf Gesteinsniveau komprimiert werden zu können, um dann die tatsächliche Größe von Jupiter zu haben.

Ich kann zumindest nach obiger Rechnung auch kurz ausrechnen, wie groß ein Planet mit der Dichte der Erde und dem Volumen des Jupiters wäre.
Es kommt heraus:

Superplanet:
11 Erddurchmesser (also so groß wie Jupiter)
Dichte: 5,515 g/cm3 (also im Mittel so dicht wie die Erde)

-> Resultierede Masse: 318 Erdmassen x 4,159 = 1323 Erdmassen = ca. 4,2 Jupitermassen

Das ist die Masse-Untergrenze, die so ein Planet mit diesem Volumen mindestens haben müsste.

Braune Zwerge fangen etwa bei 13 Jupitermassen an (echte Sterne gibt es ab etwa 75 Jupitermassen), also sollte so ein Gesteinsplanet mit 4,2 Jupitermassen tatsächlich eher auch noch als ein Planet bezeichnet werden können. Und da die Fusion leichter Elemente leichter aubläuft als die schwerer Elemente, sollte unser Super-Gesteinsplanet auch noch kaum Fusionsprozesse machen, die eher erst ab einem Punkt, wo ein brauner Zwerg schon längst fusionieren würde. D.h.: Es wäre zu erwarten, dass diese Grenze beim Gesteinsplaneten eher noch größer als 13 Jupitermassen ist und nicht etwa kleiner.

Entstehen wird so etwas aber in den seltensten Fällen, ich denke, da waren wir uns alle einig, schon weil nicht genug Material für so etwas da sein wird (-> Diagnostikers Überlegungen):
1. kann man da praktisch ausschließen und 2. und 3. werden sehr selten sein, damit auch 4.

[Frank]

Zur Masseobergrenze von Gesteinsplaneten:

Theoretisch gibt es da keine Grenze. Übersteigt die Massensumme einen bestimmten Wert, kollabieren die Elektronenhüllen und es entsteht im Innern ein Zustand wie bei Weißen Zwergen. Fügt man noch mehr Masse hinzu, entstehen Verhältnisse wie im Innern eines Neutronensterns. Schließlich kollabiert alles zu einem Schwarzen Loch, wenn man noch mehr Masse hinzufügt.

Das ist im Kern natürlich richtig, aber Planeten kommen in der Regel nicht in diese Massen Regionen, weil sonst wären sie ja Sterne. (Mit einer kleinen Ausnahme aber dazu später mehr)

Praktisch kann man sich jedoch folgendermaßen eine Begrenzung ableiten: Sterne erreichen bei ca. 100 Sonnenmassen eine theoretische Obergrenze. Solche O-Überriesen bilden jedoch keine Planeten um sich herum, weil der Strahlungsdruck alles an Überresten der protostellaren Wolke wegbläst.

So ganz ausgeschlossen ist es wohl nicht, denn wie M51-ULS-1 in der Whirlpool-Galaxie zeigt, ein Doppelsternstern System, umkreist ein etwas Saturn großer Planet zwei Sterne, wobei einer entweder ein Neutronenstern oder gar ein SL ist. Letzterer knabbert schon an seinem Begleiter. Die Sternenleiche war also vorher mit Sicherheit ein Riesenstern und es hat sich zumindest ein Planet darum gebildet. Was bei einem Doppelsystem sogar noch schwieriger ist.

https://www.nationalgeographic.de/wisse ... e-gefunden

Etwa 10 Prozent (also 0,2 Sonnenmassen) davon bilden das Zentrum des Protosterns, der später 10 Sonnenmassen enthält. Die restlichen 1,8 Sonnenmassen verteilen sich auf den Anteil der Wolke, die nicht zum Stern kollabiert. Die Untergrenze der Sternenmasse liegt bei etwa 0,08 Sonnenmassen Wolkenmaterial, was dann rund 0,0016 Sonnenmassen "Metalle" entspricht, die sich bei einer homogenen Mischung in so einem roten Zwergstern ansammeln würden.

Gesteinsplaneten können dann maximal 0,16 Prozent der Sonnenmasse enthalten, wenn sie aus einer homogenen protostellaren Wolke bzw. nachfolgend protoplanetaren Scheibe hervorgehen. Das sind dann 3,18 mal 10 hoch 27 kg. Jupiter hat eine Masse von 1,9 mal 10 hoch 27 kg, so dass die praktische maximale Masse eines Gesteinsplaneten etwa das 1,67fache von Jupiter betragen würde, was 532 Erdmassen entspricht.

Das schwankt sehr stark und hängt davon ab, wo sich der Stern in der Galaxie befindet.
Ein M Zwerg, der nahe am galaktischen Zentrum ist, kann theoretisch die gleiche Menge Metalle aufweisen(oder sogar noch mehr), wie ein G Stern, der 10 mal soviel Masse besitzt, sich aber am Rand aufhält.

Innerhalb der Milchstraße weisen die Sterne sehr unterschiedliche Metallgehalte auf. Je weiter außen sie sich befinden, desto metallärmer sind sie. Am äußeren Rand der Milchstraße, 60 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt, zeigen viele Sterne nur zehn Prozent des Metallgehalts unserer Sonne, die ihrerseits 25 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt ist.

https://www.spektrum.de/news/planetenbi ... ernt%20ist.

Noch massereichere Gesteinsplaneten sind nur denkbar, wenn es zuvor eine Abreicherung der Wolke von Wasserstoff und Helium gegeben hat, wie es im Zuge der Ausbildung der protoplanetaren Scheibe geschehen kann (z.B. wenn mehrere Gasriesen entstehen, die dann größere Anteile von Wasserstoff und Helum an sich binden). Bei einer maximal verfügbaren Gesamtmenge von ca. 10 Prozent der Sternenmasse als verbliebenes Restmaterial der protostellaren Wolke (der Rest wird über den Strahlungsdruck des Sterns in den Raum geblasen), verbleiben 0,02 Sonnenmassen "Metalle" für die Planetenbildung.

Es ist wie oben schon gesagt grundsätzlich erst einmal wichtig, wie viele Metalle ein Stern überhaupt hat. Und was er im Stande ist "weg zu blasen", hängt dann auch wieder sehr stark von seiner Masse ab.

Noch vor nicht allzu langer Zeit, hätte ich deinen Berechnung voll zugestimmt. Seitdem aber immer unfassbarere Planeten entdeckt werden, gehe ich getreu nach der Devise, dass es nichts gibt, was es nicht gibt. Inzwischen sogar einen M-Zwerg, der vom Volumen kleiner als Jupiter ist, aber ein Stern(!)

Ich denke, grundsätzlich kann man noch sagen:

Es existieren folgende denkbare Wege zur Bildung von sehr großen Gesteinsplaneten:

1. Direkte Entstehung (nahe des Heimatsterns)

2. Entstehung durch Kollision mehrer Planeten bzw. durch Aggregation großer Mengen weiteren Gesteins (incl. bei nahen Begegenungen mehrerer Sonnensysteme, incl. im Zuge von Galaxienkollisionen und den Vorgängen in den dichten Galaxienkernen)

3. Entstehung als Gasplanet mit Gesteinskern, mit nachfolgender Enfernung der leichten Elemente (der Gashülle)

4. Kombinationen davon

Es ist aber klar, dass in den aller-allermeisten Fällen bei großen Planeten halt große Gasplaneten bei all solchen Vorgängen herauskommen. Schon deshalb, weil es viel mehr Wasserstoff und Helium als schwere Elemente im Weltall gibt.

Wichtig ist auch hier, was und wie viel Material bei der Sternenentstehung übrig bleibt und wo sich die "Schneegrenze" bildet. Bei einem G Stern wie unserer Sonne halt erst jenseits des Asteroidengürtels. Weil da können die leichten Elemente wie H und He überhaupt erst überleben und es zur Bildung von Gasriesen kommen. Wenn diese dann nach innen wandern, ist sowieso Schluss mit Gesteinsplaneten, wenn vorhanden.

Ich kann zumindest nach obiger Rechnung auch kurz ausrechnen, wie groß ein Planet mit der Dichte der Erde und dem Volumen des Jupiters wäre.
Es kommt heraus:

Superplanet:
11 Erddurchmesser (also so groß wie Jupiter)
Dichte: 5,515 g/cm3 (also im Mittel so dicht wie die Erde)

-> Resultierede Masse: 318 Erdmassen x 4,159 = 1323 Erdmassen = ca. 4,2 Jupitermassen

Das ist die Masse-Untergrenze, die so ein Planet mit diesem Volumen mindestens haben müsste.

Braune Zwerge fangen etwa bei 13 Jupitermassen an (echte Sterne gibt es ab etwa 75 Jupitermassen), also sollte so ein Gesteinsplanet mit 4,2 Jupitermassen tatsächlich eher auch noch als ein Planet bezeichnet werden können. Und da die Fusion leichter Elemente leichter aubläuft als die schwerer Elemente, sollte unser Super-Gesteinsplanet auch noch kaum Fusionsprozesse machen, die eher erst ab einem Punkt, wo ein brauner Zwerg schon längst fusionieren würde. D.h.: Es wäre zu erwarten, dass diese Grenze beim Gesteinsplaneten eher noch größer als 13 Jupitermassen ist und nicht etwa kleiner.

Versteh ich noch nicht ganz. Das Volumen nimmt ja bei ansteigender Masse sogar erst einmal ab. Hat das deine Berechnung mit berücksichtigt?

[seeker]

Ich kann zumindest nach obiger Rechnung auch kurz ausrechnen, wie groß ein Planet mit der Dichte der Erde und dem Volumen des Jupiters wäre.
Es kommt heraus:

Superplanet:
11 Erddurchmesser (also so groß wie Jupiter)
Dichte: 5,515 g/cm3 (also im Mittel so dicht wie die Erde)

-> Resultierede Masse: 318 Erdmassen x 4,159 = 1323 Erdmassen = ca. 4,2 Jupitermassen

Das ist die Masse-Untergrenze, die so ein Planet mit diesem Volumen mindestens haben müsste.

Braune Zwerge fangen etwa bei 13 Jupitermassen an (echte Sterne gibt es ab etwa 75 Jupitermassen), also sollte so ein Gesteinsplanet mit 4,2 Jupitermassen tatsächlich eher auch noch als ein Planet bezeichnet werden können. Und da die Fusion leichter Elemente leichter aubläuft als die schwerer Elemente, sollte unser Super-Gesteinsplanet auch noch kaum Fusionsprozesse machen, die eher erst ab einem Punkt, wo ein brauner Zwerg schon längst fusionieren würde. D.h.: Es wäre zu erwarten, dass diese Grenze beim Gesteinsplaneten eher noch größer als 13 Jupitermassen ist und nicht etwa kleiner.

Versteh ich noch nicht ganz. Das Volumen nimmt ja bei ansteigender Masse sogar erst einmal ab. Hat das deine Berechnung mit berücksichtigt?

Ich habe hier wieder nur die erste Näherung gerechnet, indem ich sagte:
"Welche Masse hätte eine Kugel, die so groß ist wie der Jupiter und im Schnitt so dicht wie die Erde?"

Und da kommen dann eben 4,2 Jupitermassen heraus.

Und weil bei größeren Masseansammlungen das Volumen noch zusätzlich abnimmt, habe ich dann gerschrieben:
"Das ist die Masse-Untergrenze, die so ein Planet mit diesem Volumen mindestens haben müsste."

Eben weil ein Gesteinsplanet mit 4,2 Jupitermassen und der Element-Zusammensetzung der Erde allerhöchstens so groß wie der Jupiter sein könnte, weil sein Kern ja stärker zusammengepresst wird. (Also brauchts höchstwahrscheinlich noch mehr Materie um auf das festgelegte Volumen zu kommen...)
Im Umkehrschluss bedeutet das: Damit so ein Gesteins-Planet vom Vomunen her so groß wie der Jupiter sein kann, muss er mindestens 4,2 Jupitermassen haben (wahrscheinlich aber deutlich mehr).

Um sich der Realität weiter anzunähern (zweite Näherung), müsste man errechnen, welcher Dichteverlauf sich im Planeten einstellt (das kann ich aber nicht).
Denn im Grunde interessiert uns ja folgende Frage:

Wie viel Masse hätte ein Planet mit dem Volumen des Jupiters und der Elementzusammensetzung der Erde?
(Und welche Bedingugen würden in seinem Kern herrschen? Und kann es so etwas überhaupt geben?)

Um ein wenig Gefühl für die Dichte in so einem Planetenkern zu bekommen, hier diese Vergleichszahlen:

Verhältnisse im Inneren von Himmelskörpern:

Erde: Kern-Dichte: 14 g/cm³, Temperatur: 5000° C, Druck: 3,5 Millionen bar; (mittlere Dichte: 5,515 g/cm³)
Jupiter: Kern-Dichte: 20-50 g/cm³ ??, Temperatur: 20.000° C, Druck: 40 Millionen bar; (mittlere Dichte: 1,326 g/cm3)
Sonne: Kern-Dichte: 150 g/cm³, Temperatur: 15 Millionen° C, Druck: 200 Milliarden bar; (mittlere Dichte: 1,41 g/cm³)

Dann muss man noch wissen, dass die sich einstellende Massendichte in einem Planetenkern hautptsächlich von folgendem abhängt:

- Elementzusammensetzung
- Druck (als Gegenkraft zur Gravitation der Masse)
- Temperatur

Wobei höhere Temperaturen zu weniger dichten Kernen führen (analog wie bei einem heißen Gas: je heißer, desto weniger dicht, siehe Heißluftballon) und die Gravitation nicht konstant verläuft (sie nimmt nach innen hin i.A. ab) und über das sich einstellende Volumen mit der Dichte gekoppelt ist, die sich einstellende Temperatur auch. Und die Elementzusammensetzung ist nicht konstant-homogen, man hat Schichtungen und es kommt darauf an, ob bzw. inwieweit der Planet schon abgekühlt ist, usw.
D.h.: So etwas zu berechnen ist komplex.

[Diagnostiker]

Hallo Frank,

in meiner Schätzung bin ich von einem massereichen Stern mit 10 Sonnenmassen ausgegangen. Solche Sterne bilden im Allgemeinen keine Planetensysteme um sich herum, weil im Zuge der Sternentstehung der Strahlungsdruck so groß ist, dass da nichts mehr an Gas und Staub übrig bleibt, um zu verklumpen.

Was massearme Sterne betrifft, haben sie von vornherein nicht so viel Staub in der Nähe, um jupitergroße Gesteinsplaneten entstehen zu lassen. Dann sind es dort dann doch eher Gasriesen, statt Gesteinsriesen (wenn man diesen Begriff hier mal gebrauchen will).

Meine Schätzung war daher eigentlich schon überoptimistisch, so dass man realistischerweise davon ausgehen sollte, dass der Wert von 100 Erdmassen in einem Planetensystem die Obergrenze für einen Gesteinsplaneten darstellt, wenn wirklich alle dafür erforderlichen Voraussetzungen und Prozesse ablaufen können (was ich jedoch für extrem selten halte).

[Frank]

in meiner Schätzung bin ich von einem massereichen Stern mit 10 Sonnenmassen ausgegangen. Solche Sterne bilden im Allgemeinen keine Planetensysteme um sich herum, weil im Zuge der Sternentstehung der Strahlungsdruck so groß ist, dass da nichts mehr an Gas und Staub übrig bleibt, um zu verklumpen.

Das habe ich schon verstanden. Ich wollte lediglich darauf hinweisen, dass es eben nicht ausgeschlossen ist, dass um massenreiche Sterne sich Planeten bilden(siehe mein zitiertes Beispiel).
Was dem ganzen aber noch mehr Brisanz verleiht, ist die Tatsache, dass dieser Planet nicht nur in der durch immensen Strahlungsdruck geprägten Anfangsphase sich bilden , sondern auch noch den Kollaps des eines Sterns zu einem Neutronenstern, oder gar zu einem schwarzen Loch überlebt haben muss.

Was massearme Sterne betrifft, haben sie von vornherein nicht so viel Staub in der Nähe, um jupitergroße Gesteinsplaneten entstehen zu lassen. Dann sind es dort dann doch eher Gasriesen, statt Gesteinsriesen (wenn man diesen Begriff hier mal gebrauchen will).

Das ist natürlich auch richtig, aber man muss wie gesagt auch berücksichtigen, dass ein G Stern, wie z.B. mit der 10 fachen Masse eines M-Zwerges, am Ende des Tages auch keinen größeren Anteil an schweren Elementen haben muss, weil ganz am Rand der Milchstraße entstanden ist, wo diese Elemente kaum vorkommen.
Des Wegen ist die Annahme "großer Stern"viel schwere Elemente, "kleiner Stern" wenig schwere Elemente, meiner Auffassung nach nicht pauschal haltbar.

Meine Schätzung war daher eigentlich schon überoptimistisch, so dass man realistischerweise davon ausgehen sollte, dass der Wert von 100 Erdmassen in einem Planetensystem die Obergrenze für einen Gesteinsplaneten darstellt, wenn wirklich alle dafür erforderlichen Voraussetzungen und Prozesse ablaufen können (was ich jedoch für extrem selten halte).

Das Ganze sollte auch nur ein Gedankenexperiment sein und eins ehr interessantes wie ich finde.
Natürlich werden sich solche Gesteinsriesen (gefällt mir der Name) um Sterne, mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht bilden.
Nur funktioniert eine lineare Rechnung , steigende Masse-----> steigende Metallizität, eben auch nur bedingt.

Ich habe hier wieder nur die erste Näherung gerechnet, indem ich sagte:
"Welche Masse hätte eine Kugel, die so groß ist wie der Jupiter und im Schnitt so dicht wie die Erde?"

Und da kommen dann eben 4,2 Jupitermassen heraus.

Und weil bei größeren Masseansammlungen das Volumen noch zusätzlich abnimmt, habe ich dann gerschrieben:
"Das ist die Masse-Untergrenze, die so ein Planet mit diesem Volumen mindestens haben müsste."

Eben weil ein Gesteinsplanet mit 4,2 Jupitermassen und der Element-Zusammensetzung der Erde allerhöchstens so groß wie der Jupiter sein könnte, weil sein Kern ja stärker zusammengepresst wird. (Also brauchts höchstwahrscheinlich noch mehr Materie um auf das festgelegte Volumen zu kommen...)
Im Umkehrschluss bedeutet das: Damit so ein Gesteins-Planet vom Vomunen her so groß wie der Jupiter sein kann, muss er mindestens 4,2 Jupitermassen haben (wahrscheinlich aber deutlich mehr).

Das habe ich jetzt verstanden.

Wobei höhere Temperaturen zu weniger dichten Kernen führen (analog wie bei einem heißen Gas: je heißer, desto weniger dicht, siehe Heißluftballon) und die Gravitation nicht konstant verläuft (sie nimmt nach innen hin i.A. ab) und über das sich einstellende Volumen mit der Dichte gekoppelt ist, die sich einstellende Temperatur auch. Und die Elementzusammensetzung ist nicht konstant-homogen, man hat Schichtungen und es kommt darauf an, ob bzw. inwieweit der Planet schon abgekühlt ist, usw.
D.h.: So etwas zu berechnen ist komplex.

Man könnte also sagen das je höher die Dichte, man viel mehr Material zuführen muss, um das Volumen zu erhöhen (oder auf gleiches Niveau zu bringen, wie bei einem Gas) ?
Dazu kommt, dass man schwer ausrechen kann, wie sich bei steigender Masse, der Kern eines Gesteinsplaneten aufheizt und verändern würde, was dann zur Folge hätte, dass immer noch mehr Masse zugeführt werden muss.
Ist ein interessantes Gedankenexperiment, aber es findet so in der Natur wohl nicht statt. Außer vielleicht hier.
https://www.spektrum.de/news/neuer-plan ... en/1756694

Was aber (noch) nicht nachweisbar ist.

[seeker]

Man könnte also sagen das je höher die Dichte, man viel mehr Material zuführen muss, um das Volumen zu erhöhen (oder auf gleiches Niveau zu bringen, wie bei einem Gas) ?

Ich denke, im Prinzip ja. Die spannende Frage dabei ist: WIE viel mehr?
Bei Gasen kann man dabei einfach mit pV = nRT rechnen. Bei fester Materie sollte es bei sehr hohen Drücken etwas ähnliches geben. Aber da kenne ich mich leider nicht aus.
https://www.leifiphysik.de/waermelehre/ ... -gasgesetz

Dazu kommt, dass man schwer ausrechen kann, wie sich bei steigender Masse, der Kern eines Gesteinsplaneten aufheizt und verändern würde, was dann zur Folge hätte, dass immer noch mehr Masse zugeführt werden muss.

Hier kommt es erschwerend auch noch darauf an, wie schnell das geschieht, denn wir haben hier zwei widerstreitende Effekte:

- Wenn Materie verdichtet wird, dann heizt sie sich auf.
- Heiße Materie kühlt mit der Zeit aus, indem sie Strahlung an den umgebenden Weltraum abgibt. Dies geschieht aber nur über ihre Oberfläche.

D.h.: Je größer ein Körper schon ist, desto langsamer kühlt er aus (da besser isoliert; die Oberfläche steigt nur mit r^2, das Volumen aber mit r^3; das führt dazu, dass ein doppelt so schwerer Planet sehr viel weniger als die doppelte Oberfläche hat).
D.h. wiederum: Je schneller ein Planet in seiner Entstehnung wächst, desto schneller ist sein heißes Inneres extrem gut isoliert und desto heißer wird sein Kern auch sein bzw. werden.
Aber auch: Je älter ein Planet ist, desto kühler wird sein Inneres und desto mehr wird er schrumpfen. Nur kann das viele Milliarden Jahre dauern.
Und wenn du Kernspaltungsvorgänge im Kern hast, dauert es noch länger. Und wenn der Planet genügend nahe an seinem Stern ist, kühlt er irgendwann gar nicht mehr weiter aus, so lange der Stern genügend strahlt (Strahlungsbilanz! Die Erde kühlt derzeit nicht aus, der Jupiter schon, weil er mehr Strahlung abgibt, als er von der Sonne empfängt, d.h.: Jupiter schrumpft langsam!).

https://www.spektrum.de/news/neuer-plan ... en/1756694

Interessant!

Wie ich auch schon sagte:

Es existieren folgende denkbare Wege zur Bildung von sehr großen Gesteinsplaneten:

1. Direkte Entstehung (nahe des Heimatsterns)

2. Entstehung durch Kollision mehrer Planeten bzw. durch Aggregation großer Mengen weiteren Gesteins (incl. bei nahen Begegenungen mehrerer Sonnensysteme, incl. im Zuge von Galaxienkollisionen und den Vorgängen in den dichten Galaxienkernen)

3. Entstehung als Gasplanet mit Gesteinskern, mit nachfolgender Enfernung der leichten Elemente (der Gashülle)

4. Kombinationen davon
...
1. kann man da praktisch ausschließen und 2. und 3. werden sehr selten sein, damit auch 4.

Wobei 2. und 3. damit eben immer noch interessant sein könnten.
Und wir haben auch noch den Effekt, dass das Universum mit zunehmendem Alter metallreicher wird.
D.h.: In Zukunft steht wenigstens an manchen Stellen wohl mehr Material zur Gesteins-Planetenenstehung zur Verfügung.

Dann finde ich die Verhältnisse in den Kernbereichen der Galaxien noch interessant. Dort haben wir sehr viel Sterne und Materie auf engem Raum, ein echtes Gewusel. Dort können sich auch häufiger einmal Sterne sehr nahe kommen, damit auch Planeten, damit werden auch Kollisionen eher möglich.
Und was passiert, wenn ein eigentlich schon längst fertiger Stern samt seinen Planeten später noch einmal durch eine (vielleicht sogar gerade kollabierende) Gas-Staubwolke zieht?

Und bei 3. wissen wir ja, dass ein Gasplanet seinem Stern zwischenzeitlich nur einmal sehr nahe kommen muss, dann kriegt er ggf. seine Gashülle entrissen. Auch Ausbrüche seines Sterns können hier beitragen Gas zu entfernen. Was, wenn er sich danach wieder von seinem Stern entfernt? Und was beibt von einem Gasriesen eigentlich übrig, wenn sein Mutterstern in einer Supernova explodiert? Und Planeten können prinzipiell auch in den freien Raum hinausgeschleudert werden und später von einem anderen Stern wieder eingefangen werden.

D.h.: Ganz ausschließen kann man da wenig, es könnte durchaus auch Super-Gesteinsplaneten von Jupitergröße geben. Nur würde ich denken, dass die sehr selten sein müssten, aber das Universum ist ja riesig, es gibt dort eine Unzahl von Objekten...

[Diagnostiker]

Hallo Frank,

Was dem ganzen aber noch mehr Brisanz verleiht, ist die Tatsache, dass dieser Planet nicht nur in der durch immensen Strahlungsdruck geprägten Anfangsphase sich bilden , sondern auch noch den Kollaps des eines Sterns zu einem Neutronenstern, oder gar zu einem schwarzen Loch überlebt haben muss.

Im Grunde nichts Neues, denn die ersten Exoplaneten, die man entdeckt hat, waren zwei Planeten um einen Neutronenstern:

https://de.wikipedia.org/wiki/Lich_(Pulsar)

Später hat man noch einen dritten Planeten dort entdeckt. Fraglich ist, ob diese Planeten erst nach der Supernova des ehemaligen Vorläufersterns entstanden sind (wenn ja, dann dürften solche Planeten wie die um andere Neutronensterne oder Schwarze Löcher eher etwas Durchschnittliches sein, weil im Zuge des Schocks der Explosion die äußeren Schichten des ehemaligen Sterns zur spontanen Verklumpung zu Planeten gebracht werden, von denen dann einige den Durchlauf der Schockwelle überstehen) - oder ob es tatsächlich Überreste ehemaliger Planeten sind, die vormals den Stern umlaufen hatten.

man muss wie gesagt auch berücksichtigen, dass ein G Stern, wie z.B. mit der 10 fachen Masse eines M-Zwerges, am Ende des Tages auch keinen größeren Anteil an schweren Elementen haben muss, weil ganz am Rand der Milchstraße entstanden ist, wo diese Elemente kaum vorkommen.

O.K., aber ein Anteil von ca. 2 Prozent "Metallen" - also ab Element Nummer 3 (Lithium) aufwärts bis zum Eisen bzw. Uran, wobei die Elemente 6, 7 und 8 hierbei den Löwenanteil ausmachen, gefolgt von Neon, Magnesium, Silicium und Eisen, was sich über die Brennphasen der Sternentwicklung erklären lässt - ist schon ziemlich hoch veranschlagt. Im Sonnensystem nimmt der "Rest" lediglich rund 0,1 Prozent der Gesamtmasse ein, und auch die beiden größten Planeten im Sonnensystem, die zusammen ca. 1 Prozent der Gesamtmasse des Sonnensystems ausmachen, bestehen zum größten Teil aus Wasserstoff und Helium, während der "Rest" auch hier vielleicht gerade mal 10 Prozent ausmacht, wenn es hochkommt.

Die Elementeverteilung innerhalb der Galaxis ist zwar radial nach außen hin ausgedünnt bezüglich des "Rests", aber auch in den zentrumsnahen Bereichen dürften die veranschlagten zwei Prozent noch nicht erreicht worden sein. Zu bedenken ist auch, dass - je staubiger und staubgesättigter die prästellaren Wolken sind, um so masseärmer die daraus dann entstehenden Sterne werden, weil die Verklumpungsprozesse dann schneller ablaufen (mehr Kondensationskeime) und daraus folgend dann schneller Gravitationskollapse ablaufen, die zu einer Sternentstehung führen - was dann bevorzugt M-Sterne sind, statt G-Sterne oder gar A-Sterne.

In der Tendenz werden die Sterne mit fortschreitender Zeit also masseärmer und langlebiger, was dann die Sternentstehungsrate absenkt und damit die Bildung massereicher "Gesteinsriesen" zusätzlich ausbremst, weil schlicht nicht genügend silikathaltiges Material in den dann vorhandenen protoplanetaren Scheiben vorhanden ist, die sich um die massearmen Sterne bilden werden.

Des Wegen ist die Annahme "großer Stern"viel schwere Elemente, "kleiner Stern" wenig schwere Elemente, meiner Auffassung nach nicht pauschal haltbar.

Na ja, wenn man von der Position innerhalb der Galaxis ausgeht, gibt es da zwar unterschiedliche Verfügbarkeiten, aber in der Tendenz passt es schon, denn in einer prästellaren Wolke, aus der ein M-Stern hervorgeht, der sich in Zentrumsnähe befindet, werden zwar prozentual auf die Sternmasse gerechnet mehr Staubanteile sein, aber verglichen mit einem A-Stern in Randnähe, der etwa die 20fache Masse eines M-Sterns besitzt, wird nicht nur ein Zwanzigstel an Staub vorhanden sein, so dass sich hier die Massebilanz ausgleichen würde. Zumal die prästellare Wolke bei einem A-Stern noch massereicher sein wird als bei einem M-Stern (Jeans-Kriterium). Im Groben stimmt das schon: "Großer Stern" = mehr Staubanteil als Gesamtmasse; "Kleiner Stern" = weniger Staubanteil als Gesamtmasse.

eine lineare Rechnung , steigende Masse-----> steigende Metallizität

Das hatte ich nicht behauptet.

[Frank]

Im Grunde nichts Neues, denn die ersten Exoplaneten, die man entdeckt hat, waren zwei Planeten um einen Neutronenstern:

https://de.wikipedia.org/wiki/Lich_(Pulsar)

Solche Sterne bilden im Allgemeinen keine Planetensysteme um sich herum, weil im Zuge der Sternentstehung der Strahlungsdruck so groß ist.

Ja, deswegen ist die Aussage, dass sich um massenreiche Sterne im Allgemeinen keine Planeten bilden,

a. eben so nicht haltbar.

b. im Grunde nach kaum überprüfbar, weil um diese Riesen, Planeten mit dem nötigen Abstand, ein Menschenleben gar nicht ausreicht, um nur einen Transit zu beobachten und gravitatives Wackeln bei diesen Kolossen auch sehr schwer überprüfbar ist. (Wenn auch nicht ausgeschlossen)

c. weswegen auch mit Abstand die meisten Planeten um M-Zwerge entdeckt worden sind, weil diese ihr Zentralgestirn in wenigen Tagen bis Wochen umkreisen.

Fazit. Die Aussage, dass sich um massenreiche Sterne im allgemeinen, sehr seilten, oder kaum Planeten bilden ist , wie man in der Jusitizerei sagen würde, eine Indizienverkettung. Allerdings sind diese ganz schwach, weil eben Planeten um diese Riesen entdeckt werden und man auch keinen Schimmer hat, wie die alleine das Aufblähen zum Riesenstern überlebt haben, geschweige denn eine Super Nova.
Die mangelhafte Fähigkeit, selbst um G Sterne Planeten zu entdecken, spielt da eine entscheiden Rolle in der Bewertung.
ich denke man sollte hier ganz neue Wege gehen und nichts mehr von vorne herein ausschließen.

Später hat man noch einen dritten Planeten dort entdeckt. Fraglich ist, ob diese Planeten erst nach der Supernova des ehemaligen Vorläufersterns entstanden sind (wenn ja, dann dürften solche Planeten wie die um andere Neutronensterne oder Schwarze Löcher eher etwas Durchschnittliches sein, weil im Zuge des Schocks der Explosion die äußeren Schichten des ehemaligen Sterns zur spontanen Verklumpung zu Planeten gebracht werden, von denen dann einige den Durchlauf der Schockwelle überstehen) - oder ob es tatsächlich Überreste ehemaliger Planeten sind, die vormals den Stern umlaufen hatten.

Ich könnte mir eine Erklärung vorstellen, dass Planeten um Sternleichen, wie Neutronensterne, Pulsare(was ja das gleiche ist) und um SL unter Umständen eingefangene "Streuner" , oder aus anderen Sternensystemen entrissene sind.
Allerdings kann ich mir nicht vorstellen, dass sich um Riesensterne so gut wie keine Sterne bilden sollen, weil der Stern , nach dem er seine Arbeit aufgenommen hat, alles wegblasen soll, aber gleichzeitig soll nach eine Super Nova Explosion die Materie lediglich verklumpen und an Ort und Stelle bleiben.

O.K., aber ein Anteil von ca. 2 Prozent "Metallen" - also ab Element Nummer 3 (Lithium) aufwärts bis zum Eisen bzw. Uran, wobei die Elemente 6, 7 und 8 hierbei den Löwenanteil ausmachen, gefolgt von Neon, Magnesium, Silicium und Eisen, was sich über die Brennphasen der Sternentwicklung erklären lässt - ist schon ziemlich hoch veranschlagt. Im Sonnensystem nimmt der "Rest" lediglich rund 0,1 Prozent der Gesamtmasse ein, und auch die beiden größten Planeten im Sonnensystem, die zusammen ca. 1 Prozent der Gesamtmasse des Sonnensystems ausmachen, bestehen zum größten Teil aus Wasserstoff und Helium, während der "Rest" auch hier vielleicht gerade mal 10 Prozent ausmacht, wenn es hochkommt.

Ich unterschreibe sofort, dass solche Gesteinsriesen nicht mehr sind, als ein spannendes Gedankenexperiment.

Na ja, wenn man von der Position innerhalb der Galaxis ausgeht, gibt es da zwar unterschiedliche Verfügbarkeiten, aber in der Tendenz passt es schon, denn in einer prästellaren Wolke, aus der ein M-Stern hervorgeht, der sich in Zentrumsnähe befindet, werden zwar prozentual auf die Sternmasse gerechnet mehr Staubanteile sein, aber verglichen mit einem A-Stern in Randnähe, der etwa die 20fache Masse eines M-Sterns besitzt, wird nicht nur ein Zwanzigstel an Staub vorhanden sein, so dass sich hier die Massebilanz ausgleichen würde. Zumal die prästellare Wolke bei einem A-Stern noch massereicher sein wird als bei einem M-Stern (Jeans-Kriterium). Im Groben stimmt das schon: "Großer Stern" = mehr Staubanteil als Gesamtmasse; "Kleiner Stern" = weniger Staubanteil als Gesamtmasse.

Ich finde leider auf die Schnelle nichts, wie sich die Elemente in der Milchstraße verteilen. Bleibe aber dran.

[seeker]

Ich habe mir noch ein wenig meine Möglichkeiten 2. und 3. angeschaut...

Zur Abschätzung habe ich mir zunächst Sternkollisionen angeschaut (um damit auch ein grobes Bild zu bekommen, wie oft Planetenkollisionen aus verschiedenen Sonnensystemen stattfinden könnten):

Es ist kurz gesagt so, dass Sternkollisionen hauptsächlich nur in Kugelsternhaufen relevant sind, da dort die Sterndichte sehr groß ist:

In Kugelsternhaufen ist die mittlere Sterndichte mit einigen hundert Sternen pro Kubiklichtjahr deutlich höher als in der Milchstraße – hier beträgt sie in Umgebung der Sonne lediglich etwa 0,01 Sterne pro Kubiklichtjahr. Damit ergibt sich für Kugelsternhaufen eine erheblich größere Wahrscheinlichkeit für Sternkollisionen. Man schätzt, dass etwa 50 % aller Sterne eines Kugelsternhaufens in der Vergangenheit eine Kollision erlitten haben. In allen etwa 150 Kugelsternhaufen, die sich in einer sphärischen Umgebung um die Milchstraße befinden, würde sich damit etwa alle 10.000 Jahre eine Sternkollision ereignen, und im gesamten sichtbaren Kosmos findet ungefähr jede Sekunde eine derartige Sternenkollision statt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sternkollision

Es gibt auch superdichte Kugelsternhaufen:

Galaxie mit ultrakompakter Sterndichte aufgespürt
100 Millionen Sonnen in einer Kugel von 160 Lichtjahren Durchmesser
https://www.welt.de/wissenschaft/weltra ... puert.html

In Kugelsternhaufen ist aber die Metallizität normalerweise gering (vorwiegend Population II -Sterne), somit auch wenig Material für Planeten vorhanden.
Und in normalen Galaxien nimmt zwar die Sterndichte nach innen enorm zu, ist dann aber immer noch viel geringer als in Kugelsternhaufen:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File ... Dichte.png

D.h.: Planetenkollisionen aus verschiedenen Sonnensystemen sollten sehr selten sein.
Am ehesten vielleicht noch in Sternentstehungs-Wolken möglich, wenn mehrere Sterne anfangs sehr nahe beieinander sind.

Innerhalb eines Sonnensystens ist sowas aber häufig, besonders in der Entstehungszeit. Aber das wissen wir ja.
Dennoch interessant (wegen der Frage, ob ein gasreicher Planet dadurch seine Atmosphäre verlieren kann):

Kollision raubte Exoplanet die Atmosphäre
https://www.scinexx.de/news/kosmos/koll ... mosphaere/

Das geht also...

Aber unterm Strich bleibt es wohl dabei, dass supergroße Gesteinsplaneten immer noch als extrem selten vorkommend einzuschätzen sind.

[Diagnostiker]

Hallo Frank,

Die Aussage, dass sich um massenreiche Sterne im allgemeinen, sehr seilten, oder kaum Planeten bilden ist , wie man in der Jusitizerei sagen würde, eine Indizienverkettung. Allerdings sind diese ganz schwach, weil eben Planeten um diese Riesen entdeckt werden und man auch keinen Schimmer hat, wie die alleine das Aufblähen zum Riesenstern überlebt haben, geschweige denn eine Super Nova.

Hier muss man differenzieren zwischen Planetenentstehung im Rahmen der Sternentstehung und Planetenentstehung im Rahmen des Sternzerfalls. Im Rahmen der Sternentstehung haben wir einen lang anhaltenden kontinuierlichen Strahlungsstrom, der die Gasanteile der prästellaren Wolke aus dem Bereich einer protoplanetaren Scheibe herausbläst. Bei F-Sternen und G-Sternen gelingt das infolge des relativ schwachen Strahlungsdrucks nicht vollständig, so dass sich dort noch Planeten bilden können. Nachweisbar ist das über die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne.

Da Planeten den Drehimpuls des Muttersterns im Wesentlichen auf sich verlagern, rotieren die Muttersterne selber sehr langsam (die Sonne benötigt z.B. rund 30 Tage für eine Rotation). Bei Sternen oberhalb der Spektralklasse F5 lässt sich ein sprunghafter Anstieg der Eigenrotation der Sterne feststellen: Alle Sterne, die massereicher sind als ein F5-Stern - also ab F$ aufwärts bis zu den O-Überriesen mit 20 Sonnenmassen und mehr - rotieren viel schneller und haben daher z.T. eine rotationselliptische Form. Das lässt auf das Fehlen von Planeten schließen, die den Drehimpuls hätten aufnehmen können.

Im Unterschied dazu haben wir bei Supernovae einen sehr kurzen, aber dafür sehr intensiven Strahlungseintrag in Gestalt einer Schockwelle, die die zuvor abgelösten Schichten des zuvor vorhandenen Roten Riesensterns bzw. Roten Überriesensterns (vergleichbar mit Beteigeuze im Orion) durchläuft. Da diese Schichten nicht homogen verteilt sind, sondern lokale Verdichtungen und Verwirbelungen aufweisen, die an Wolkenformationen von Gewitterwolken erinnern, ergeben sich somit lokale Möglichkeiten der spontanen Verklumpung zu planetenartigen Gebilden, die nach Durchlaufen der Schockwelle dann weiteres Hüllenmaterial an sich binden können, bevor es sich in den ferneren Raum zerstreut.

Ich sehe das nicht so völlig unerklärlich, wie es dazu gekommen sein kann, dass sich um Neutronensterne oder Schwarze Löcher Planeten befinden, die zuvor noch nicht dagewesen sind. Natürlich muss und wird man das noch genauer erforschen müssen, um hier zu validen Modellen zu gelangen, aber vom grundsätzlichen Ansatz her dürfte das eine gangbare Möglichkeit sein, um eine Erklärung zu finden.

dass solche Gesteinsriesen nicht mehr sind, als ein spannendes Gedankenexperiment

Na ja, es ging ja um die Bestimmung einer Obergrenze, die unter realistischen Bedingungen erreichbar wäre. Nehme ich die rund 0,1 Prozent Staubanteil im Sonnensystem mal zusammen, lande ich unter Zugrundelegung der Sonnenmasse auch in etwa bei der Jupitermasse. Unter besonders glücklichen Umständen hätte sich der Silikatanteil zusammen mit dem Eisenanteil zu einem Gesteinsriesen zusammengefügt, der dann rund 300 Erdmassen enthalten hätte - mithin also etwa so viel an Masse wie der Jupiter als Gasriese tatsächlich auch hat. So ganz unrealistisch ist die Hypothese von Gesteinsriesen dann wohl doch nicht - wenn auch sehr selten realisiert ...

[seeker]

Ich habe noch etwas gefunden:
Der hier ist zwar nicht so groß wie Jupiter, aber so groß wie Neptun, immerhin, das geht in die angedachte Richtung...

Interessant:

Exoplanet ist dichter als die Theorie erlaubt
Neptungroßer Planet ist dichter als Stahl und viel zu schwer für seine Größe
1. September 2023
https://www.scinexx.de/news/kosmos/exop ... e-erlaubt/


Masse: 73 Erdmassen
Radius: 3,4 x Erdradius
Mittlere Dichte: 9,74 g/cm³ (fast das Doppelte der Erde!)
Gashülle: minimal!

Vermutungen zur Bildung eines solchen Brockens:

Mit diesen Eigenschaften ist TOI-1853b nicht nur ein Exot unter den Exo-Neptunen – er passt auch in keines der gängigen Planetenbildungsszenarien. Wenn ein Planet durch allmähliche Akkretion von Staub und kleineren Brocken heranwächst, bricht dieser Prozess normalerweise ab, sobald der Planetenkern eine bestimmte Masse erreicht hat. An diesem Punkt hat der Protoplanet seine Umgebung in der Urwolke soweit leergefegt, dass kein Material mehr übrig ist, wie die Astronomen erklären. Auch ein Auskondensieren von Gas auf seiner Oberfläche wäre beim jungen TOI-1853b unwahrscheinlich.

Stattdessen vermuten die Forschenden, dass der Exoplanet aus einer Art Massenkarambolage hervorgegangen sein könnte. In einem der denkbaren Szenarien entstanden um den Stern zunächst mehrere, dicht beieinanderliegende kleinere Planeten, die dann miteinander kollidierten. Aus diesen Zusammenstößen entstanden zwei große Gasriesen, die dann ihrerseits miteinander kollidierten. „Durch diese Kollisionen verloren die Planeten den größten Teil ihrer Gashüllen“, sagt Dou.

In einem zweiten Szenario könnten zwei bis drei Exoplaneten in größerer Entfernung vom Stern entstanden sein. Auch dort kommt es zur Kollision und um den Stern bildet sich eine Trümmerwolke. Einer der verbliebenen Planeten entwickelt einen stark exzentrischen Orbit, durch den er immer wieder nah am Stern vorbeizieht und durch diese Trümmerwolke wandert. Dabei verliert er den größten Teil seiner Atmosphäre, sammelt aber durch Kollisionen mit den Trümmern gleichzeitig mehr Masse an.

[Frank]

Ich habe mir noch ein wenig meine Möglichkeiten 2. und 3. angeschaut...

Zur Abschätzung habe ich mir zunächst Sternkollisionen angeschaut (um damit auch ein grobes Bild zu bekommen, wie oft Planetenkollisionen aus verschiedenen Sonnensystemen stattfinden könnten):

Es ist kurz gesagt so, dass Sternkollisionen hauptsächlich nur in Kugelsternhaufen relevant sind, da dort die Sterndichte sehr groß ist:

In Kugelsternhaufen ist die mittlere Sterndichte mit einigen hundert Sternen pro Kubiklichtjahr deutlich höher als in der Milchstraße – hier beträgt sie in Umgebung der Sonne lediglich etwa 0,01 Sterne pro Kubiklichtjahr. Damit ergibt sich für Kugelsternhaufen eine erheblich größere Wahrscheinlichkeit für Sternkollisionen. Man schätzt, dass etwa 50 % aller Sterne eines Kugelsternhaufens in der Vergangenheit eine Kollision erlitten haben. In allen etwa 150 Kugelsternhaufen, die sich in einer sphärischen Umgebung um die Milchstraße befinden, würde sich damit etwa alle 10.000 Jahre eine Sternkollision ereignen, und im gesamten sichtbaren Kosmos findet ungefähr jede Sekunde eine derartige Sternenkollision statt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sternkollision

Es gibt auch superdichte Kugelsternhaufen:

Galaxie mit ultrakompakter Sterndichte aufgespürt
100 Millionen Sonnen in einer Kugel von 160 Lichtjahren Durchmesser
https://www.welt.de/wissenschaft/weltra ... puert.html

In Kugelsternhaufen ist aber die Metallizität normalerweise gering (vorwiegend Population II -Sterne), somit auch wenig Material für Planeten vorhanden.
Und in normalen Galaxien nimmt zwar die Sterndichte nach innen enorm zu, ist dann aber immer noch viel geringer als in Kugelsternhaufen:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File ... Dichte.png

D.h.: Planetenkollisionen aus verschiedenen Sonnensystemen sollten sehr selten sein.
Am ehesten vielleicht noch in Sternentstehungs-Wolken möglich, wenn mehrere Sterne anfangs sehr nahe beieinander sind.

Ich halte Massezuwächse, Gesteinsplaneten, durch Kollisionen, mit Objekten aus anderen Sternensystemen, auch für nahezu ausgeschlossen. Die Kugelsternhaufen fallen, wie du ja auch sehr deutlich dargestellt hast, durch ihr Methusalem Alter und die dadurch fehlende Metallizität weg.
Zumal es selbst im eigenen Sternensystem für Gesteinsplaneten am seidenen Faden hängt, dass es bei einer Kollision ganz schlecht ausgeht für Sie. Ein paar Grad Änderung im Winkel, als Theia und die Erde zusammen gestoßen sind und wir säßen heute nicht hier. Unserem Schwesterplanet, der Venus , erging es bei weitem nicht so gut....
Natürlich steckt dahinter eine reine Spekulation von mir, dass es der Venus aufgrund einer Kollision mit einem anderen Himmelskörper heute so geht, wie es ihr geht.

Dennoch interessant (wegen der Frage, ob ein gasreicher Planet dadurch seine Atmosphäre verlieren kann):

Kollision raubte Exoplanet die Atmosphäre
https://www.scinexx.de/news/kosmos/koll ... mosphaere/

Das geht also...

Wir müssen ja nicht bei der Atmosphäre alleine bleiben.

Wir haben doch einen Planeten in unserem Sonnensystem, dem leider sehr wenig Aufmerksamkeit gewidmet worden ist, aber seine Vergangenheit doch sehr interessant gewesen sein dürfte.
Es geht um den Merkur. Man hat inzwischen übereinstimmend erkannt, dass der Planet bis auf ein bisschen Kruste, komplett aus einem Planetenkern zu bestehen scheint. Skaliert man an der Größe des Merkurs, einen äußeren Kern noch dazu, einen Mantel egal wie dick auch immer, dann kommt leicht ein Planet mit mindestens der Größe unserer Erde heraus.
Einige Astronomen gehen davon aus, dass unsere jetzigen inneren Planeten bereits die "zweite Garnitur" an terrestrischen Planeten sind.
Der Hintergrund war der, dass es schon auffällt, dass Supereden in den überwiegenden Systemen der Normalfall sind und bei uns nicht einmal eine vorhanden ist. Die These dahinter ist, dass Jupiter bei seiner Wanderung nach innen, nicht nur Material abgesaugt , sondern auch ein regelrechtes Planetenbillard ausgelöst hat.(sieh Größe des Mars, oder Asteroidengürtel, wo nicht mehr viel übrig ist). Einst vorhandene Supereden sind kollidiert, Material wurde in Richtung Sonne , sogar aus dem Sonnensystem geschleudert, oder weiter draußen von den Gasplaneten assimiliert. Dadurch ist viel Masse verloren gegangen und die "Brocken" die übrig geblieben , aus denen sind dann die heutigen vier Zwerge entstanden , die wir ja alle kennen. Merkur hat sogar alles verloren bis auf seinen Eisenkern und ist auf eine Umlaufbahn nah der Sonne geschleudert worden.

Aber unterm Strich bleibt es wohl dabei, dass supergroße Gesteinsplaneten immer noch als extrem selten vorkommend einzuschätzen sind.

Bin langsam auch der Meinung, dass diese Riesen wohl eher ein gedankliches Experiment sind, die in der realen Welt aber nicht vorhanden sein dürften.

[Frank]

Unter anderem spielst du wahrscheinlich auf diese Quelle an.

https://www.weltderphysik.de/gebiet/uni ... entstehen/

Hier muss man differenzieren zwischen Planetenentstehung im Rahmen der Sternentstehung und Planetenentstehung im Rahmen des Sternzerfalls. Im Rahmen der Sternentstehung haben wir einen lang anhaltenden kontinuierlichen Strahlungsstrom, der die Gasanteile der prästellaren Wolke aus dem Bereich einer protoplanetaren Scheibe herausbläst. Bei F-Sternen und G-Sternen gelingt das infolge des relativ schwachen Strahlungsdrucks nicht vollständig, so dass sich dort noch Planeten bilden können. Nachweisbar ist das über die Rotationsgeschwindigkeit der Sterne.

Kann ich gut nachvollziehen, aber auch bei einem O Stern wird es einen Bereich geben, ähnlich unserem Schneegürtels, wo der Strahlungsdruck nicht mehr ausreicht, aber die Gravitation des Sterns weiterhin Materie um ihn hält. Nur ist dieser Bereich natürlich sehr viel weiter weg, als bei unserer Sonne.
Wie er im Gegenzug bei einem M- Zwerg sehr nahe ist. Hier halten sich 8 Planeten zum Beispiel in einer Umlaufbahn, die noch weit innerhalb der Merkurbahn um unsere Sonne liegt.

Da Planeten den Drehimpuls des Muttersterns im Wesentlichen auf sich verlagern, rotieren die Muttersterne selber sehr langsam (die Sonne benötigt z.B. rund 30 Tage für eine Rotation). Bei Sternen oberhalb der Spektralklasse F5 lässt sich ein sprunghafter Anstieg der Eigenrotation der Sterne feststellen: Alle Sterne, die massereicher sind als ein F5-Stern - also ab F$ aufwärts bis zu den O-Überriesen mit 20 Sonnenmassen und mehr - rotieren viel schneller und haben daher z.T. eine rotationselliptische Form. Das lässt auf das Fehlen von Planeten schließen, die den Drehimpuls hätten aufnehmen können.

Hast du da eine Berechnung für mich?

Die Sonne hat eine Rotationsgeschwindigkeit von 1,997 km/s ,
Beteigeuze 5 Km/s

Würde ja passen.

Sirius

Die durch die Rotation des Sterns verursachte Dopplerverbreiterung der Spektrallinien erlaubt es, eine Untergrenze für die Rotationsgeschwindigkeit am Äquator zu bestimmen. Sie liegt bei 16 km/s, woraus eine Rotationsdauer von etwa 5,5 Tagen oder weniger folgt.Diese niedrige Geschwindigkeit lässt keine messbare Abplattung der Pole erwarten. Im Gegensatz dazu rotiert die ähnlich große Wega mit 274 km/s sehr viel schneller, was eine erhebliche Ausbuchtung am Äquator zur Folge hat.

https://de.wikipedia.org/wiki/Sirius#:~ ... 20Richtung.

Also Beteigeuze ist im Vergleich zu den beiden Jungs oben eine lahme Schnecke, hat aber bestimmt 9-10 x so viel Masse.

https://de.wikipedia.org/wiki/Beteigeuze

Im Unterschied dazu haben wir bei Supernovae einen sehr kurzen, aber dafür sehr intensiven Strahlungseintrag in Gestalt einer Schockwelle, die die zuvor abgelösten Schichten des zuvor vorhandenen Roten Riesensterns bzw. Roten Überriesensterns (vergleichbar mit Beteigeuze im Orion) durchläuft. Da diese Schichten nicht homogen verteilt sind, sondern lokale Verdichtungen und Verwirbelungen aufweisen, die an Wolkenformationen von Gewitterwolken erinnern, ergeben sich somit lokale Möglichkeiten der spontanen Verklumpung zu planetenartigen Gebilden, die nach Durchlaufen der Schockwelle dann weiteres Hüllenmaterial an sich binden können, bevor es sich in den ferneren Raum zerstreut.

Ich sehe das nicht so völlig unerklärlich, wie es dazu gekommen sein kann, dass sich um Neutronensterne oder Schwarze Löcher Planeten befinden, die zuvor noch nicht dagewesen sind. Natürlich muss und wird man das noch genauer erforschen müssen, um hier zu validen Modellen zu gelangen, aber vom grundsätzlichen Ansatz her dürfte das eine gangbare Möglichkeit sein, um eine Erklärung zu finden.

Ich sehe das nicht als unerklärlich nur sollte man auch unterscheiden, auf was für eine Masse die Schockwelle trifft. Während sie am Beispiel unseres Sonnensystems auf eine Gaswolke trifft, die mehrere Lichtjahre groß war und eine "Bugwelle" sehr lange das vor sich herschiebende Material verdichten kann, ist sei bei den Sternhüllen im Vergleich sehr schnell durch.
Ausschließen tue ich natürlich gar nichts, aber da muss man wirklich auf weitere Ergebnisse abwarten, wenn daran geforscht wird.

Na ja, es ging ja um die Bestimmung einer Obergrenze, die unter realistischen Bedingungen erreichbar wäre. Nehme ich die rund 0,1 Prozent Staubanteil im Sonnensystem mal zusammen, lande ich unter Zugrundelegung der Sonnenmasse auch in etwa bei der Jupitermasse. Unter besonders glücklichen Umständen hätte sich der Silikatanteil zusammen mit dem Eisenanteil zu einem Gesteinsriesen zusammengefügt, der dann rund 300 Erdmassen enthalten hätte - mithin also etwa so viel an Masse wie der Jupiter als Gasriese tatsächlich auch hat. So ganz unrealistisch ist die Hypothese von Gesteinsriesen dann wohl doch nicht - wenn auch sehr selten realisiert ...

Deine rein mathematische Herangehensweise ist ja auch fehlerlos, aber Planeten bilden sich oft sehr spektakulär, oder werden genauso ausgelöscht, Material fällt dabei in die Sonne, oder wird aus dem Systemgeschleudert.
Theoretisch ist das natürlich möglich, aber real ist das wohl mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit auszuschließen.
Einen mit 40 Erdmassen haben wir ja bereits gefunden und selbst diese Größe, die ein bisschen mehr als 10% Jupitermasse ist, hat niemand vorher für möglich gehalten.
Wer weiß was da noch kommt in Zukunft?

[Diagnostiker]

Hallo Frank,

Hast du da eine Berechnung für mich?

Leider nicht. Ich habe mir das alles auch nur aus verschiedenen Büchern zusammengelesen.