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Exoplaneten: Auf Planetensuche bei Proxima Centauri

Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble von Proxima Centauri

Der rote Zwergstern Proxima Centauri ist mit einem Abstand von nur 4,2 Lichtjahren der uns am nächsten stehende Stern am Firmament und Teil des Sternsystems Alpha Centauri am Südhimmel. Proxima könnte Planeten beherbergen, aber trotz seiner großen Nähe waren bislang alle Suchen nach Begleitern vergeblich. Dies soll sich nun mit den Untersuchungen eines Forscherteams um Kailash C. Sahu vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, ändern. Die Astronomen planen, das Weltraumteleskop Hubble zu benutzen, wenn Proxima im Oktober 2014 und Februar 2016 dicht an zwei Hintergrundsternen vorbeiziehen wird. Dann beeinflusst das Schwerefeld von Proxima den Lichtweg der Hintergrundsterne, da seine Masse den Raum geringfügig krümmt und somit ihr Licht ablenkt. Dadurch verändern sich scheinbar die Positionen der Hintergrundsterne am Himmel, wenn Proxima in deren Sichtlinie gerät. Diese feinen vorübergehenden Änderungen lassen sich mit dem Weltraumteleskop Hubble messen. Auf Grund ihrer großen Nähe bewegt sich Proxima recht schnell über den Himmel und verschiebt ihre Position in 500 Jahren um die Breite des Vollmonds.

Die Bewegung von Proxima Centauri am Himmel
Die Bewegung von Proxima Centauri am Himmel | Die eingeschobene Grafik gibt die Eigenbewegung von Proxima Centauri über die nächsten zehn Jahre wieder. Die wellenförmigen Ausschläge entstehen durch die Umlaufbewegung der Erde um die Sonne, die eine Parallaxe verursachen. Im Oktober 2014 und im Februar 2016 wird die Bahn von Proxima dicht an zwei Sternen im Hintergrund vorbeiführen. Bei der dichtesten Annäherung wird die Schwerkraft von Proxima das Licht dieser Sterne geringfügig ablenken.
Proxima leuchtet mit einer Helligkeit von rund 11 mag, die beiden Hintergrundsterne mit etwa 19 mag. Im Oktober 2014 wird sich Proxima dem ersten von ihnen bis auf 1,6 Bogensekunden annähern (eine Bogensekunde ist der 3600ste Teil eines Winkelgrads). Dabei wird die Schwerkraft von Proxima bei der dichtesten Annäherung das Licht des Hintergrundsterns nur um eine halbe Millibogensekunde ablenken (eine Millibogensekunde ist ein Tausendstel einer Bogensekunde und entspricht dem Durchmesser eines Ein-Cent-Stücks, wenn man dieses von Berlin aus in Peking beobachten möchte). Bei der zweiten Passage im Februar 2016, wenn Proxima bis auf eine halbe Bogensekunde an den anderen Hintergrundstern herankommt, wird die Lichtablenkung sogar 1,5 Millibogensekunden betragen. Mit dem Weltraumteleskop Hubble lassen sich Positionsänderungen bis zu 0,2 Millibogensekunden registrieren. Aus der gemessenen Lichtablenkung können die Astronomen die Masse von Proxima Centauri sehr exakt bestimmen.

Grafik der Gravitationslinse von Proxima Centauri
Die Gravitationslinse von Proxima Centauri | Die Schwerkraft von Proxima Centauri sorgt für eine geringfügige Krümmung des Raums im unmittelbaren Umfeld des Sterns. Gerät ein Lichtstrahl in diesen gekrümmten Raum, so wird dieser geringfügig abgelenkt (siehe Teilgrafik oben rechts). Im Fall der engen Passagen von Proxima Centauri an Hintergrundsternen verschieben sich deren Positionen scheinbar am Himmel. Aus dieser Abweichung lässt sich die Masse von Proxima sehr exakt bestimmen. Sollte Proxima von Planeten umrundet werden (untere Teilgrafik rechts), so sorgt deren Schwerkraft für eine weitere Ablenkung des Lichts, die sich mit derjenigen durch den Stern überlagert. Aus ihr lässt sich die Masse eines möglichen Begleiters ableiten.
Würde der Stern zudem von einem oder mehreren Planeten umkreist, so würden deren Schwerefelder für eine weitere feine Ablenkung des Sternlichts sorgen. Sie würde sich der Lichtablenkung durch Proxima überlagern und ließe sich somit messen. Sollte ein möglicher Begleiter besonders günstig am Hintergrundstern vorüberziehen, so kann seine Schwerkraft kurzzeitig wie eine Bündelungslinse das Licht des Hintergrundsterns konzentrieren und ihn geringfügig aufhellen. Solche Mikrolinseneffekte dauern wenige Stunden bis hin zu wenigen Tagen. Sie erlauben die direkte Bestimmung der Masse eines Planeten. Die Methode ist sogar so empfindlich, dass sich mit ihr Planeten von Erdmasse im Umlauf um Proxima nachweisen ließen.

Bisherige astrometrische Untersuchungen, welche die Eigenbewegung von Proxima Centauri am Himmel mit hoher Präzision verfolgen, schließen das Vorhandensein eines Planeten mit 80 Prozent der Jupitermasse und einer Umlaufdauer von weniger als 1000 Tagen aus. Das Gleiche gilt für einen Planeten mit der Masse des Neptun in einem Abstand, der demjenigen der Erde von der Sonne entspricht. Aber diese Messergebnisse lassen nach wie vor noch viel Spielraum für Planeten in unserer direkten kosmischen Nachbarschaft, insbesondere könnte Proxima von Felsplaneten mit Massen ähnlich unserer Erde umrundet werden. Die Beobachtungen von Proxima versprechen also, spannend zu werden.

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  • Quellen
Originalarbeit: Sahu, K. C. et al., Astrophysical Journal, eingereicht

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