Gibt es einen Planeten, der größer als ein Stern ist?

Die Antwort hängt davon ab, ob Sie meinen, ob ein Planet größer als ein Stern ist oder ob Planet und Stern im selben System sein müssen und entdeckt / vermessen wurden, und nicht nur, dass sie im Prinzip existieren könnten.

Es gibt einige bekannte Planeten mit gemessenen Radien, die größer sind als die masseärmsten Sterne. Hier ist ein Plot von Chabrier et al. (2008) (und viele weitere Daten sind seither hinzugekommen), was das grundlegende Bild zeigt. Dies ist das Massenradiusdiagramm für Sterne und Exoplaneten.

Es stellt sich heraus, dass es in unserem Sonnensystem einige heiße Jupiter gibt, die einen etwa doppelt so großen Jupiterradius haben. Auf exoplanets.org finden Sie Beispiele wie HAT P-67b und XO-6b. Diese Planeten sind größer, als die Theorie für einen „kalten“ Exoplaneten vermuten lässt, wahrscheinlich wegen „Einstrahlung“ (Erwärmung durch ihren Mutterstern) – zB Enoch et al. (2012) .

Auf der anderen Seite sind die kleinsten Sterne diejenigen, die knapp über der Braunen-Zwerg-Grenze liegen$\sim 0.075M_\odot$, von denen vorhergesagt wird, dass sie Radien haben (zumindest wenn sie eine Milliarde Jahre alt sind und die Hauptreihe erreicht haben) von etwa dem 1,3-fachen des Jupiters. Im höheren Alter können sie noch kleiner werden – etwa so groß wie Saturn (schwarze gestrichelte Linie).

In Bezug auf Messungen gibt es massearme Objekte in verdunkelnden Doppelsternen und auch eine Handvoll sehr massearmer Sterne mit interferometrischen Radien. Beispielsweise soll Proxima Cen (der sonnennächste Stern) einen interferometrischen Radius von haben$(0.145 \pm 0.011)R_\odot$(oder 1,44 Jupiterradien) von Demory et al. (2009) und damit deutlich kleiner als die größten Exoplaneten.

Wenn man verlangt, dass Exoplanet und Stern Teil desselben Systems sind , dann gibt es (noch) keine Beispiele, obwohl sie prinzipiell existieren könnten (gemäß der obigen Diskussion). Die Kurven im Diagramm oben hängen nicht von der Art des Sterns ab, den ein Planet umkreist. Daher wäre es prinzipiell möglich für a$>1M_J$Planet umkreist einen (nur knapp) kleineren $<0.1 M_\odot$Stern, auch wenn er nur eine vernachlässigbare Sonneneinstrahlung erhält.

In der Praxis sind riesige Exoplaneten in der Nähe von Sternen mit geringer Masse selten, daher könnte es einige Zeit dauern, bis ein Beispiel gefunden wird. Ein enger Kandidat könnte jedoch GJ3512b sein, ein Exoplanet mit$M\sin i = 0.46 M_{\rm Jup}$(dh dies ist eine Mindestmasse , da die Bahnneigung$i<90^{\circ}$), der einen M5.5V-Stern umkreist, der Proxima Cen ziemlich ähnlich ist ( Morales et al. 2019 ). Der Stern hat einen geschätzten Radius von$(0.139 \pm 0.005) R_\odot$und das Alter wird auf einige Milliarden Jahre geschätzt. Betrachtet man die Kurven im Plot dann ein kalter Exoplanet mit$i \sim 30^{\circ}$könnte in der Größe mit dem Stern vergleichbar sein. Leider wandert der Exoplanet nicht, sodass keine Radiusmessung verfügbar ist, und es ist unwahrscheinlich, dass er durch stellare Sonneneinstrahlung aufgeblasen wird, da er sich in einer relativ weiten Umlaufbahn um einen schwachen Stern befindet

Ein interessanter Vorschlag ist, dass ein junger Exoplanet die besten Chancen bietet, größer als sein Wirtsstern zu sein. Dies liegt daran, dass die Kontraktionszeitskala eines Riesenplaneten länger ist als die Kontraktionszeitskala seines Sterns vor der Hauptsequenz. Die Kurven im obigen Diagramm für 1 Gyr und 10 Gyr zeigen diesen Effekt, aber er ist für Ewigkeiten noch extremer$0.1$Gyr. Die beste Chance, Planeten zu finden, die größer sind als ihre Muttersterne, besteht also darin, sich junge Systeme in Sternentstehungsgebieten anzusehen. Einige davon wurden möglicherweise bereits mit direkter Bildgebung gefunden, obwohl meiner Meinung nach diese ziemlich massereichen "Exoplaneten" ($>5$Jupitermassen), die in sehr großen Entfernungen umkreisen ($>100$au) ähneln eher binären Braunen Zwergen.

Wenn Sie sich mit "größer" auf die Masse beziehen , ohne den Radius zu berücksichtigen, lautet die Antwort für einen normalen "Stern" strikt nein .

Ein Stern ist ein Körper, der einen stabilen Zustand erreicht hat, in dem der Gravitationskollaps durch Kernfusion in seinem Kern ausgeglichen wird. Ein "Planet", der größer (massereicher) als ein Stern wäre, hätte einen Kern, der heiß und dicht genug wäre, damit die Fusion beginnen könnte, und wäre so ein Stern. Ein Stern, der weniger Masse als ein Planet hätte, hätte keinen Kern, der heiß und dicht genug wäre, damit die Fusion beginnen könnte, und wäre daher kein Stern!

Es gibt eine Ausnahme: Wenn Sie bereit sind, Sternreste wie Weiße Zwerge und Neutronensterne als „Sterne“ zu akzeptieren (sie sind heiß, aber es findet keine Fusion statt), dann können diese kleiner (im Durchmesser), aber viel massiver (Gewicht) sein. als ein Planet.

Der Einfachheit halber betrachten wir normalerweise Körper mit der 13-fachen Masse des Jupiters als "Planeten", die 13-80-fache Masse des Jupiters als "Braune Zwerge" (sie haben keine signifikante Wasserstofffusion in ihren Kernen, aber haben etwas Deuterium und vielleicht Lithium-Fusion) und über 80 mal die Masse des Jupiters sind "Sterne". Nach dieser Definition müssen "Sterne" massereicher sein als Planeten.

Ein Weißer Zwerg wäre etwa so groß wie ein Mond oder ein kleiner Planet, aber eine Masse von etwa dem 200- bis 1300-fachen der Masse des Jupiter. Neutronensterne sind noch extremer, mit einer Größe vergleichbar mit einem Asteroiden, aber einer Masse von mehreren tausend Jupitern.

Es gibt Planeten, von denen bekannt ist, dass sie Neutronensterne umkreisen. Der Planet wäre physisch größer als der Stern, aber viel, viel weniger massiv. Ein Beispiel ist PSR B1257+B12 . Der Neutronenstern hat einen Radius von etwa 10 km und eine größere Masse als die Sonne. Seine Planeten sind viel weniger massiv, aber sehr ungefähr so ​​groß wie die Erde.

Der Rote Zwerg EBLM J0555-57Ab ist kleiner als Saturn.

https://en.wikipedia.org/wiki/EBLM_J0555-57

Nehmen wir nur von theoretischen Prinzipien an, dass es eine gewisse Masse gibt$M_s$oberhalb dessen ein Körper einem Gravitationskollaps unterliegt und zu einem Stern wird, und unterhalb dessen nicht. Ein Körper mit Masse$M_s+\epsilon$würde ein Stern werden, eine Fusion beginnen, dann Energie ausstrahlen und ein Körper mit einer Masse von weniger als werden$M_s$. Es würde jedoch weiterhin ein Star sein; Sobald ein Körper einem Gravitationskollaps unterzogen wurde, nimmt seine Dichte zu und die Masse, die erforderlich ist, um einen Gravitationskollaps aufrechtzuerhalten, ist geringer. Es müsste eine bestimmte Menge an Energie abgestrahlt werden, bevor der Körper nicht mehr in der Lage ist, die Fusion aufrechtzuerhalten. Wir sollten also erwarten, dass es einen Bereich von gibt$M_s$zu was auch immer diese niedrigere Masse ist, in der es sowohl Planeten als auch Sterne gibt.

Darüber hinaus mit einer scharfen Grenze von$M_s$würde davon abhängen, dass alle Sternkandidaten derselben Masse in Bezug auf Dichte, Zusammensetzung, Temperatur usw. gleich sind. Variationen in solchen Eigenschaften wären ein weiterer Faktor, der ein "Stern- oder Planeten" -Massenband erzeugt.