Im September 2017 können Amateurastronomen weltweit dazu beitragen, die Rätsel des 1100 Lichtjahre von uns entfernten Sternsystems PDS 110 im Sternbild Orion aufzuklären. Ein Forscherteam um Hugh P. Osborn von der University of Warwick erwartet, dass sich dieser 10,4 mag helle Stern im Zeitraum vom 9. bis zum 30. September 2017 um bis zu 30 Prozent oder rund 0,4 mag verdunkeln wird.

Der Verursacher dieses Lichtwechsels ist ein Begleiter mit der Bezeichnung PDS 110b, der das Zentralgestirn etwa alle 808 Tage oder 2,2 Jahre in einem mittleren Abstand vom Zweifachen der Distanz Erde-Sonne (zwei Astronomische Einheiten) umrundet. Das Besondere ist, dass PDS 110b von einer riesigen Scheibe aus Staub oder einem Ringsystem umgeben ist, so dass die Verfinsterung nicht nur wenige Stunden dauert, sondern bis zu 25 Tage. Zudem zeigen Beobachtungen aus den Jahren 2008 und 2011, dass während der Passagen des Begleiters Schwankungen bei der Tiefe der Verfinsterung auftreten.

Wo finden Sie den Stern PDS 110 im Orion? (Übersichtsbilder)
© Manfred Holecek (linkes Teilbild) / WikiSky.org / DSS (rechtes Teilbild)
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PDS 110 lässt sich vor Beginn der Morgendämmerung im Sternbild Orion recht leicht auffinden: Von Delta Orionis (Delta Ori), dem rechten Gürtelstern, schwenken Sie Ihr Teleskop zu 31 Orionis (31 Ori). Genau westlich von ihm, in einer Distanz von 1,4 Grad, finden Sie den 10,4 mag hellen PDS 110. Er befindet sich unmittelbar südlich einer markanten Gruppe hellerer Sterne.

Derzeit gehen die Astronomen um Osborn bei PDS 110b von einem Himmelskörper mit einer Masse zwischen der 2- und der 70-fachen Masse des Planeten Jupiter aus. Der wahrscheinlichste Wert liegt bei rund 50 Jupitermassen, so dass der Begleiter wohl zu den Braunen Zwergen gehören dürfte. Das sind sternähnliche Himmelskörper, deren Masse aber nicht ausreicht, um die Fusion von Wasserstoff zu Helium in Gang zu bringen – dieser Kernverschmelzungsprozess ist die Energiequelle der meisten Sterne. Die Scheibe um PDS 110b hat einen Durchmesser von 0,3 Astronomischen Einheiten oder rund 45 Millionen Kilometern. Dagegen wirken die so eindrucksvollen Saturnringe mit rund 275 000 Kilometer Durchmesser wie Zwerge.

Der Aufbau des Systems PDS 110 im Sternbild Orion (Übersichtsgrafik)
© Osborn, H.P. et al.: Periodic Eclipses of the Young Star PDS 110 Discoverd with WASP and KELT Photometry. In: MNRAS, akzeptiert, 2017, fig. 6
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Nach den bisher vorliegenden Daten ist das System PDS 110 im Sternbild Orion wie folgt aufgebaut: Den Hauptstern PDS 110 umgibt eine zu uns geneigte große Scheibe aus Gas und Staub, die sich bis zur 300-fachen Distanz Erde-Sonne (300 Astronomische Einheiten, AE) um ihn erstreckt. Das Zentralgestirn wird vom Begleiter PDS 110b im mittleren Abstand von zwei AE umlaufen, der seinerseits von einer Scheibe, möglicherweise einem Ringsystem mit Lücken, umgeben ist. Der Begleiter zieht alle 808 Tage (2,2 Jahre) vor seinem Stern vorüber und bedeckt ihn dabei mit seiner Scheibe. Dabei sinkt die Helligkeit des Sterns um maximal 30 Prozent ab.

Das Forscherteam wertete für seine Vorhersage der kommenden Verfinsterung Messdaten verschiedener automatischer Himmelsdurchmusterungen aus den Jahren 2001 bis 2016 aus, konnte allerdings nur zwei Verfinsterungen mit je 25 Tagen Dauer nachweisen. Eigentlich müssten es deutlich mehr sein, aber in gewisser Weise war das Team hier vom Pech verfolgt, denn ausgerechnet immer dann, wenn eine Verfinsterung stattfand, gab es größere zeitliche Lücken in den Beobachtungsdaten. Dies liegt unter anderem daran, dass in diesen Zeiträumen das Sternbild Orion am Taghimmel stand und nicht beobachtet werden konnte. Dies galt zum Beispiel für die Verfinsterung im Jahr 2014.

Die bislang beobachteten Verfinsterungen von PDS 110
© Osborn, H.P. et al.: Periodic Eclipses of the Young Star PDS 110 Discoverd with WASP and KELT Photometry. In: MNRAS, akzeptiert, 2017, fig. 5 Mitte und unten
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Nur zwei Verfinsterungen des Sterns PDS 110 konnten die Astronomen bislang beobachten. Daraus ergaben sich die gelben beziehungsweise blauen Messwerte (Teilgrafik oben). Gelb steht für Daten aus dem Jahr 2008, blau für 2011. Die untere Teilgrafik gibt die Interpretation der Lichtkurven an: Der Begleiter PDS 110b ist von einem ausgedehnten Ringsystem umgeben (rot), das unterschiedlich dichte Bereiche aufweist. Je nachdem, ob ein optisch dichter oder dünner Bereich den Stern überstreicht, wird dessen Helligkeit mal stärker, mal weniger reduziert.

Der Stern PDS 110 befindet sich rund zwei Grad südsüdwestlich vom rechten Gürtelstern des Orion, an der Himmelsposition RA = 5h 23m 31,0s und DEC = –1°04'24". Bei der Verfinsterung im September 2017 steht das Sternbild Orion morgens über dem östlichen Horizont und lässt sich zwei bis drei Stunden lang, bis zum Einsetzen der Morgendämmerung, beobachten. Damit das zeitliche Verhalten von PDS 110 möglichst rund um die Uhr dokumentiert werden kann, hoffen die Forscher um Osborn auf die Hilfe von Amateurastronomen weltweit. Schon ein kleines Teleskop mit angeschlossener Digitalkamera reicht aus, um die Helligkeit von PDS 110 fotometrisch zu dokumentieren. Aus vielen solcher Beobachtungen lässt sich dann eine detaillierte Lichtkurve ableiten: die Auftragung der Helligkeit des Sterns gegen die Zeit.

Mit Hilfe der neuen Beobachtungen hoffen die Astronomen endgültig klären zu können, ob die Scheibe um PDS 110b Lücken oder weniger dichte Bereiche aufweist. In diesen Zonen könnten sich derzeit Monde oder Planeten bilden, denn PDS 110 ist mit rund zehn Millionen Jahren sehr jung und noch dabei, sich zu einem Stern vom Spektraltyp F zu entwickeln. PDS 110b ist aber nicht das einzige Objekt seiner Art, bei dem eine Scheibe oder ein Ringsystem vermutet wird. Ähnliche Beobachtungen gibt es von einem Planeten im System J1407 und von Beta Pictoris b im Sternbild Maler.