Was sind Super-Puff-Planeten und wie entstehen sie?

Planeten leicht wie Zuckerwatte

Irgendwo in der Milchstraße wiegen Planeten von der Größe des Jupiter nur wenige Male mehr als die Erde. Ihre Dichte ist so gering – weniger als 0,1 Gramm pro Kubikzentimeter –, dass Wissenschaftler sie Super-Puffs oder Zuckerwatte-Planeten getauft haben. Nichts in unserem Sonnensystem kommt dem nahe. Selbst der Saturn, der Planet mit der geringsten Dichte, der unsere Sonne umkreist, ist etwa zehnmal dichter als der fluffigste bekannte Super-Puff.

Super-Puffs, die erstmals im Jahr 2014 in Daten des Kepler-Weltraumteleskops der NASA identifiziert wurden, haben sich zu einer der rätselhaftesten Klassen von Exoplaneten entwickelt. Sie stellen grundlegende Modelle der Planetenentstehung und -entwicklung in Frage, und aktuelle Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) beginnen endlich, die Schichten abzutragen – manchmal im wahrsten Sinne des Wortes.

Was macht einen Super-Puff aus?

Ein Super-Puff ist ein Exoplanet mit einer Masse, die nur wenige Male so groß ist wie die der Erde, aber einem Radius, der mit dem des Neptun oder sogar des Jupiter vergleichbar ist. Das Ergebnis ist eine außergewöhnlich geringe mittlere Dichte. Es wird angenommen, dass diese Welten aus einem kleinen felsigen oder eisigen Kern bestehen, der von einer riesigen, aufgeblähten Hülle aus Wasserstoff und Helium umgeben ist. Laut Forschern der University of Colorado Boulder verstärken photochemische Dunstschleier in großer Höhe, die teilweise aus Methan bestehen, zusätzlich, wie groß die Planeten bei Transitebeobachtungen erscheinen.

Die am besten untersuchten Beispiele umkreisen den jungen, sonnenähnlichen Stern Kepler-51, der etwa 2.400 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Alle drei ursprünglich bekannten Planeten in diesem System gelten als Super-Puffs. Der äußerste, Kepler-51d, hält den Rekord: eine Dichte von nur 0,038 g/cm³, etwa hundertmal weniger dicht als Wasser.

Warum sie Wissenschaftler vor Rätsel stellen

Die Standardtheorie der Planetenentstehung hat Mühe, Super-Puffs zu erklären. Gasriesen benötigen typischerweise einen Kern, der massereich genug ist – etwa zehn Erdmassen –, um eine dicke Wasserstoff-Helium-Atmosphäre gravitativ einzufangen und zu halten. Super-Puffs scheinen dies mit viel kleineren Kernen getan zu haben, und das oft in der Nähe ihrer Wirtssterne, wo die Sternstrahlung Gas abtragen sollte.

Eine Hypothese besagt, dass diese Planeten weiter außen in kühleren Regionen ihrer protoplanetaren Scheibe entstanden sind, wo die Gasakkretion einfacher ist, und dann nach innen gewandert sind. Eine andere Vermutung, die durch eine Studie aus dem Jahr 2026 gestützt wird, ist, dass Super-Puffs einfach junge Planeten sind, die sich noch nicht zusammengezogen haben. Über Hunderte von Millionen von Jahren könnten sie zu gewöhnlichen Sub-Neptunen schrumpfen, wenn sich ihre Atmosphären abkühlen und absetzen, so die Forschung, die von der Penn State University diskutiert wurde.

Durchbrüche mit dem Webb-Teleskop

Das James-Webb-Weltraumteleskop hat die Erforschung von Super-Puffs verändert. Ende 2025 beobachtete JWST enorme Heliumströme, die von WASP-107b abflossen, einem weiteren bekannten Super-Puff in etwa 200 Lichtjahren Entfernung. Die entweichende Gaswolke erstreckte sich fast über das Zehnfache des Planetenradius und markierte den ersten Nachweis von Helium auf einem Exoplaneten durch JWST, wie ScienceDaily berichtete.

JWST enthüllte auch, dass die Atmosphäre von WASP-107b Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Ammoniak enthält – aber überraschend wenig Methan. Forscher des Max-Planck-Instituts kamen zu dem Schluss, dass das Innere des Planeten viel heißer sein muss als erwartet, wahrscheinlich durch Gezeitenkräfte von seiner elliptischen Umlaufbahn erhitzt. Der Planet hat sogar Wolken aus Silikatpartikeln – im Wesentlichen Sandtröpfchen, die in einem Prozess, der dem Wasserkreislauf der Erde ähnelt, durch seine Atmosphäre zirkulieren.

Als Wissenschaftler JWST auf Kepler-51d richteten, stellten sie fest, dass der Planet seinen Stern zwei Stunden früher als vorhergesagt passierte. Die zeitliche Anomalie führte zur Entdeckung eines vierten Planeten im Kepler-51-System, der als Kepler-51e bezeichnet wird und dessen Schwerkraft subtil an den Umlaufbahnen seiner Geschwister zog.

Warum Super-Puffs wichtig sind

Super-Puffs sind mehr als nur kosmische Kuriositäten. Da ihre Atmosphären so ausgedehnt sind, sind sie ideale Labore für die Spektroskopie – die Technik, mit der Astronomen Moleküle in Exoplanetenatmosphären identifizieren, indem sie Sternenlicht analysieren, das durch sie gefiltert wird. Das Verständnis, wie diese Welten ihre Gashüllen gewinnen und verlieren, informiert umfassendere Theorien über die planetarische Entwicklung, das Entweichen von Atmosphären und letztendlich darüber, welche Planeten Bedingungen aufrechterhalten können, die für Leben geeignet sind.

Während JWST diese Zuckerwattewelten weiterhin beobachtet, bringt jedes neue Spektrum die Wissenschaftler der Beantwortung einer trügerisch einfachen Frage näher: Wie hält ein Planet an einer Atmosphäre fest, für die er kaum die Schwerkraft hat, um sie zu halten?