Das Weltraumobservatorium Kepler hat bis zum heutigen Datum 2321 Planeten um ferne Sonnen aufgespürt. Kepler fand diese Exoplaneten in unterschiedlichen Größen und Massen, von ungefähr marsgroßen Zwergen bis hin zu Riesen, die selbst Jupiter in den Schatten stellen. Häufig entdeckten die Astronomen die Planeten auch in Mehrfachsystemen, bei denen bis zu sechs Planeten den gleichen Stern umlaufen. Nun nahmen US-amerikanische Astronomen um Jason Steffen vom Fermilab Center for Astroparticle Physics in Batavia, Illinois, eine besonders interessante Untergruppe von Exoplaneten genauer unter die Lupe und erhielten überraschende Ergebnisse.

Sie untersuchten die Systeme, in denen ein so genannter heißer Jupiter mit Hilfe von Kepler gefunden worden war. Sie definierten diese Exoplaneten als solche Objekte, die ihren Stern mit Perioden zwischen 1 und 10 Tagen umlaufen und Durchmesser zwischen 0,5 und 2,5 Jupiterdurchmessern haben. Aufgrund der großen Nähe zu ihren Zentralsternen sind sie relativ heiß. Nach Steffens Ergebnissen scheinen diese Planeten ihren Stern grundsätzlich einzeln zu umrunden. Dies könnte ein Hinweis auf ihre bisher unverstandene Entstehung sein, möglich ist auch, dass ihre Begleitplaneten zu klein sind, um sich mit den heute verfügbaren Daten aufspüren zu lassen.

Heißer Jupiter im Transit
© Lynette Cook
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Die Astronomen stützten sich dabei auf eine Gesamtzahl von 63 heißen Jupitern, die sonnenähnliche Sterne umrunden. Bei diesen ging das Astronomenteam mit zwei verschiedenen Methoden auf die Jagd nach weiteren Planeten, die den gleichen Zentralstern umlaufen. Zum einen inspizierten sie die Lichtkurven der Sterne und suchten dabei nach Anzeichen weiterer Transite, also leichter Helligkeitseinbrüche, die auftreten, wenn ein Planet vor seinem Stern aus Keplers Sicht vorbeizieht und das Licht des Sterns teilweise blockiert. Kein weiterer Planet ging den Forschern dabei ins Netz. Wenn es Begleitplaneten gäbe, so müssten deren Bahnen vermutlich in Resonanz zu denjenigen den jupitergroßen Planeten stehen. Ihre Umlaufzeiten müssten also im Verhältnis 3:2 oder 2:1 stehen. Aus dem negativen Resultat schließen die Wissenschaftler, dass die Begleitplaneten je nach Stern höchstens Maximalradien zwischen 0,88 und 4,7 Erdradien haben.

Bei der zweiten Methode untersuchten die Astronomen die Transitzeitpunkte der heißen Jupiter. Weichen diese vom exakt gleichmäßigen Rhythmus ihrer Umlaufperiode ab, kann dies ein Zeichen für die Existenz weiterer Planeten sein, die mit ihrer Schwerkraft die Bahn des ersten Exoplaneten verändern und die Transite verfrühen oder verzögern. Obwohl diese Methode in vier Fällen zunächst anschlug, stellten sich die entdeckten Variationen bei weiteren Untersuchungen als Datenrauschen oder Veränderlichkeit des Zentralsterns heraus. Hieraus lässt sich schließen, dass weitere Planeten in diesen Systemen – sollten sie existieren – nicht sehr viel massereicher als unsere Erde sein können.

Die heißen Jupiter scheinen also allesamt wahre Einzelgänger zu sein. Doch ist dies eine Eigenschaft, die nur diese Spezies von Exoplaneten auszeichnet? Um dieser Frage nachzugehen, untersuchten Steffen und seine Kollegen sehr ähnliche Objekte, die warmen Jupiter und die heißen Neptune. Erstere haben die gleichen Radien wie die heißen Jupiter, umlaufen ihren Stern aber in größerer Entfernung und damit in längerperiodischen Bahnen. Die heißen Neptune haben Bahnperioden zwischen 0,8 und 6,3 Tagen und sind von der Größe mit dem Planeten Neptun vergleichbar. Bei 5 von 31 untersuchten warmen Jupitern fanden sich mögliche Begleitplaneten; ebenso haben rund ein Drittel der heißen Neptune Begleiter in ihrem jeweiligen Sonnensystem. Die heißen Jupiter scheinen demnach wirklich eine Sonderrolle zu spielen.

Doch warum konnten die Forscher keine weiteren Planeten bei den heißen Jupitern finden? Wie bereits erwähnt, könnten die Begleiter einfach zu klein oder massearm sein, um nachgewiesen zu werden. Die Astronomen untersuchten noch weitere Möglichkeiten: Es gibt einfach keine anderen Planeten in den betrachteten Systemen oder aber ihre Bahnen sind durch die Schwerkraftwirkung des heißen Jupiter zu hohen Neigungen verkippt worden. Doch auch die hohen Bahnneigungen können nicht als schlüssige Erklärung herhalten; die Astronomen simulierten diesen Fall am Computer und fanden heraus, dass sie dann einige dieser Systeme hätten finden müssen.

Es ist zwar immer noch denkbar, dass die heißen Jupiter von sehr kleinen, massearmen Planeten begleitet werden, doch sehr wahrscheinlich erscheint dies nach den neuen Ergebnissen nicht. Vermutlich spielt der noch unbekannte Ablauf der Entstehung dieser besonderen Planetensysteme eine entscheidende Rolle und verhindert, dass weitere Planeten ein Sonnensystem bevölkern, wenn sich ein heißer Jupiter bildet.