Astronomen kennen derzeit 763 Planeten, die um ferne Sterne kreisen; viele dieser Exoplaneten umlaufen ihr Zentralgestirn alleine oder mit wenigen Geschwisterplaneten. Bisher waren zwei Systeme mit jeweils sechs Planeten bekannt: der Stern HD 10180 mit seinen Begleitern und das System Kepler-11. Der finnische Astronom Mikko Tuomi, der an den Universitäten in Hertfordshire und Turku forscht, präsentierte nun eine neue Analyse des Planetensystems um HD 10180 – mit erstaunlichem Ergebnis. Demnach umrunden tatsächlich neun Exoplaneten diesen Stern, mehr als in unserem Sonnensystem.

Astronomen spüren Planeten um fremde Sterne hauptsächlich mit zwei verschiedenen Methoden auf. Bei der vom Weltraumteleskop Kepler benutzten Transitmethode suchen die Wissenschaftler nach leichten Einbrüchen der Helligkeit des Zentralgestirns. Läuft ein Planet aus irdischer Sicht vor seinem Stern vorbei, so blockiert er einen kleinen Teil des Sternenlichts. Aus dieser Sonnenfinsternis im Miniformat kann der Durchmesser des Planeten abgeleitet werden, der Rhythmus der Verfinsterung verrät die Umlaufperiode des Exoplaneten. Bei der zweiten Methode, die auch bei HD 10180 zur Anwendung kam, vermessen die Astronomen die Relativgeschwindigkeit des Sterns mit hoher Genauigkeit. Der Zentralgestirn und sein Exoplanet umlaufen den gemeinsamen Schwerpunkt des Systems, wobei sich nicht nur der Planet, sondern auch der Stern periodisch bewegt. Dies hinterlässt durch den Dopplereffekt einen charakteristischen Fingerabdruck im Spektrum des Sterns: Die Spektrallinien verschieben sich leicht mit der Umlaufperiode des Planeten. Die Stärke der Verschiebung verrät die Masse des Exoplaneten.

Der Stern HD 10180 im Sternbild Hydrus
© ESO and Digitized Sky Survey 2 / Davide De Martin
(Ausschnitt)
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Der Stern HD 10180 im südlich Sternbild Kleine Wasserschlange wurde zwischen November 2003 und Juni 2009 regelmäßig mit dem Spektrografen HARPS am 3,6-Meter-Teleskop der ESO in La Silla (Chile) beobachtet. Bereits im Jahr 2011 schlossen Astronomen aus diesen Geschwindigkeitsmessungen des Sterns, dass sechs Planeten – alle in etwa von Uranusmasse – die ferne Sonne umkreisen. Sie hielten die Existenz eines siebten Planeten für möglich, konnten diese jedoch nicht eindeutig belegen. Schon mit dieser Planetenzahl war das System um HD 10180 ein Rekordhalter, doch Tuomis Ergebnisse enthüllen nun die Existenz weiterer Planeten.

Stets gilt in der Wissenschaft, dass Ergebnisse immer nur so gut wie die zur Datenanalyse verwendeten Methoden sind. Tuomi untersuchte nun die alten Daten mit einer verfeinerten Methode und kommt zu einem detaillierteren Ergebnis. Seine verbesserte statistische Untersuchung bestätigt die unzweifelhafte Existenz der sechs bekannten Planeten und verbessert die Messung ihrer Eigenschaften. Auch die Anwesenheit des zuvor nur vermuteten siebten Planeten folgt klar aus seiner neuen Untersuchung. Seine Masse entspricht mindestens der unserer Erde, er umrundet den Zentralstern aber auf einer engen Umlaufbahn innerhalb von nur 1,18 Tagen. Darüber hinaus findet der finnische Astronom eindeutige Hinweise für zwei weitere Planeten im System um HD 10180. Einer der Planeten hat in etwa mindestens die doppelte Masse der Erde und umrundet den Stern in 9,7 Tagen. Die Masse des anderen Planeten beträgt mindestens das Fünffache derjenigen unserer Erde, seine Umlaufperiode liegt bei rund 68 Tagen. Keine der neuen Supererden befindet sich innerhalb der lebensfreundlichen Zone um den Stern.

Um die Qualität der Ergebnisse seiner neuen Suchmethode zu beurteilen, führte Tuomi verschiedene Tests durch. Er verglich seine Resultate mit denen früherer Untersuchungen und konnte verifizieren, dass diese aufgrund inhärenter Einschränkungen in der Tat nicht in der Lage waren, die zusätzlichen Planeten zu entdecken. Zudem stellte er sicher, dass die von ihm gefundenen Planeten mit einer dauerhaft stabilen Konfiguration des Exoplanetensystems vereinbar sind. Besimmte Bahnresonanzen würden das Planetensystem über Jahrmillionen destabilisieren und sollten daher nicht existieren. Die drei neuen Planeten erfüllen wie die sechs zuvor bekannten das Stabilitätskriterium.

Schließlich untersuchte Tuomi noch, ob ein zehnter Planet zwischen den neun nun beschriebenen läuft. Theoretisch könnte ein massearmer Planet den Stern innerhalb der habitablen Zone auf einer stabilen Bahn umkreisen. Der Astronom konnte jedoch auch mit der neuen Analysemethode keinen solchen Planeten finden, er konnte aber aus dem Nullresultat Schlüsse ziehen: Sollte eine solche Welt existieren, so kann ihre Minimalmasse nicht viel mehr als 12 Erdmassen betragen, denn sonst wäre sie bereits in den vorhandenen Daten entdeckt worden. In Zukunft werden weitere Beobachtungen von HD 10180 voraussichtlich die Existenz der neun Planeten bestätigen und die Bestimmung ihrer Bahnparameter verfeinern. Denkbar – wenn auch unwahrscheinlich – ist, dass sich die gefundenen Signale dabei als zufällige statistische Schwankung und somit nicht als planetarer Natur herausstellen. Vielleicht zeigt sich aber auch der zehnte Planet in diesem Exoplanetensystem. So oder so: Es bleibt spannend.