Manchmal genügt es in der Wissenschaft, bereits vorhandene Messdaten noch einmal genauer unter die Lupe zu nehmen und gegebenenfalls zu ergänzen, um etwas Neues zu finden. Jüngstes Beispiel: Bereits im Jahr 2005 entdeckten Astronomen mit dem Spektrografen HARPS am La-Silla-Observatorium in Chile einen Exoplaneten um den rund 160 Lichtjahre entfernten Stern HD 27894 im südlichen Sternbild Netz (lateinisch: Reticulum). Eine Forschergruppe untersuchte nun die damals und in den Folgejahren gewonnenen Beobachtungsdaten erneut und fand Hinweise auf mindestens einen zusätzlichen Planeten in dem System, der vorher übersehen wurde. Weitere Messungen im Jahr 2016 und aufwändige Simulationen bestätigten den Verdacht der Wissenschaftler: HD 27894 kommt demnach auf insgesamt drei Begleiter. Die Studie der Forscher zeigt, dass sich hinter vielen älteren Entdeckungen von Exoplaneten noch weitere ferne Welten verbergen könnten.

Dass ursprünglich nur der innerste der Planeten aufgespürt wurde, ist mit den besonderen Eigenschaften des Systems zu erklären – und mit der Entdeckungsmethode. Exoplaneten selbst lassen sich auf Grund ihrer im Vergleich zum Heimatstern sehr geringen Helligkeit nur höchst selten direkt beobachten. Deshalb greifen Astronomen auf indirekte Verfahren zurück, etwa auf die so genannte Doppler-Spektroskopie: Dabei zerlegen die Forscher das Sternlicht in seine Wellenlängenanteile und analysieren seine Spektrallinien. Wird der Stern von einem Planeten umlaufen, so kreisen beide um ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Bei der richtigen Orientierung des Systems im Himmel macht sich diese Kreisbewegung des Sterns über den Dopplereffekt in einer geringfügigen periodischen Verschiebung seiner Spektrallinien bemerkbar.

Radialgeschwindigkeitsmethode (Übersichtsgrafik)
© Spektrum der Wissenschaft / SuW-Grafik
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernRadialgeschwindigkeitsmethode
Bei der Radialgeschwindigkeitsmethode, auch Doppler-Spektroskopie genannt, machen sich Astronomen die Doppler-Verschiebung des Lichts eines beobachteten Sterns zu Nutze, wenn sich dieser entlang der Sichtlinie des Betrachters bewegt. Da Stern und Planet ihren gemeinsamen Schwerpunkt umkreisen, erscheinen die Spektrallinien des Sterns dann abwechselnd blau- und rotverschoben. Die Periodizität der Verschiebungen spiegelt genau die Umlaufperiode des Planeten wider.

Was die Forscher also zunächst "sehen", ist die Periode des Planetenumlaufs – allerdings ist diese nicht immer leicht zu erkennen, vor allem, wenn nur wenige Messpunkte vorliegen. Bei HD 27894 fiel so im Jahr 2005 bloß der innerste Planet auf: Der als HD 27894 b bezeichnete Gasriese mit etwas mehr als einer halben Jupitermasse umläuft in 18 Tagen seinen Heimatstern in geringem Abstand. Beobachtungen über wenige Monate beinhalteten deshalb schon mehrere vollständige Perioden, wodurch sich der Planet eindeutig bestätigen ließ.

Die Astronomen um Martin Kürster vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg waren damit aber nicht zufrieden. Ihre Modelle zeigten, dass sich die Messdaten auch mit einem System aus zwei Planeten erklären ließen: HD 27894 b und ein zusätzlicher, weiter außen kreisender Gasplanet mit einer doppelt so langen Umlaufdauer, also rund 36 Tagen. Messungen mit dem HARPS-Spektrografen aus den Jahren 2006 und 2013 ließen jedoch zunächst ein zusätzliches Signal mit einer noch deutlich längeren Periode erahnen, das sich durch Beobachtungen im Jahr 2016 erhärtete. Eine erste Analyse offenbarte Hinweise auf einen weiteren Gasriesen, der vergleichsweise weit außen seine Bahn zieht: Für einen Umlauf benötigt er mehr als 14 Jahre. Der Planet mit der Bezeichnung HD 27894 d kommt demnach auf etwa fünfeinhalb Jupitermassen, und sein Orbit ist relativ stark elliptisch.

Der ursprüngliche Verdacht der Astronomen bestätigte sich dann, als sie den gravitativen Einfluss des Gasriesen HD 27894 d von den Messdaten abzogen und dynamische Modelle des Systems anstellten: Unter den 18-tägigen periodischen Schwankungen des innersten Planeten findet sich ein weiteres, deutlich schwächeres Signal mit einer Periode von etwa 36 Tagen. Dieses geht auf einen Gasplaneten zurück, der etwa eine halbe Saturnmasse besitzt und nach der gängigen Konvention als HD 27894 c betitelt wird. Auf Grund des ganzzahligen Verhältnisses seiner Umlaufdauer zur Periode des innersten Planeten hatte er sich bei vergangenen Untersuchungen erfolgreich in den Messdaten versteckt. Erst dank der modernen Analysetechniken sowie der zusätzlichen Beobachtungen kam sein Signal nun zum Vorschein.

Eine tragende Rolle spielten dabei Simulationen des Planetensystems, erklärt Trifon Trifonov, Erstautor der Studie: "Unsere dynamischen Modelle berücksichtigen auch die Schwerkrafteinflüsse der Planeten untereinander und erlauben somit eine deutlich bessere Interpretation der Messdaten. Erst durch die Simulationen können wir das System außerdem auf seine langfristige Stabilität testen und das besondere Verhältnis der inneren beiden Planeten verstehen." Diese befinden sich in einer 2:1-Resonanz, während zwei Umläufen des innersten Planeten umrundet der äußere seinen Heimatstern also im Durchschnitt einmal.

Die besonderen Eigenschaften des Systems könnten Astronomen helfen, die Entstehung und Entwicklung von Planeten besser zu verstehen. Darüber hinaus zeigt die Entdeckung von zusätzlichen, ursprünglich "übersehenen" Exoplaneten im System HD 27894, dass viele alte Messdaten ungehobene Schätze verbergen können.