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Exoplaneten: Der rückläufige Exoplanet HAT-P-7b

Künstlerische Darstellung des Exoplanetensystems HAT-P-7Laden...

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Das Exoplanetensystem HAT-P-7 | Rund 1040 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Schwan befindet sich das Doppelsternsystem HAT-P-7. Es besteht aus einem Stern des Spektraltyps F8 (Bildmitte) und einem massearmen Roten Zwerg des Spektraltyps M5,5 (rechts oben). Der Hauptstern wird von zwei jupiterähnlichen Planeten begleitet, der innere umläuft das Zentralgestirn entgegen dessen Rotationsrichtung.
Rund 1040 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Schwan befindet sich das Sternsystem HAT-P-7. Bei ihm wurde im Jahr 2009 ein Exoplanet entdeckt, der periodisch vor seinem Zentralgestirn vorüberzieht und es dabei regelmäßig geringfügig verfinstert. Kurze Zeit nach der Entdeckung wurde festgestellt, dass dieser Planet seinen Stern entgegen dessen Rotationsrichtung umkreist, also retrograd. In unserem Sonnensystem umlaufen dagegen alle Planeten die Sonne in ihrer Rotationsrichtung. Zudem fanden sich Hinweise auf einen weiteren Exoplaneten und zwei mögliche Begleitsterne. Nun untersuchte ein internationales Forscherteam um Norio Narita am National Astronomical Observatory of Japan in Tokyo HAT-P-7 genauer und konnte sowohl den zweiten Planeten als auch einen Begleitstern bestätigen.

Für ihre Untersuchungen nutzte das Team, an dem auch Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg beteiligt sind, das 8,2-Meter-Teleskop Subaru auf dem Mauna Kea in Hawaii. Sie setzten dabei die adaptive Optik HICIAO ein und konnten direkte Aufnahmen des Sterns HAT-P-7 und seiner mutmaßlichen stellaren Begleiter über mehrere Jahre hinweg ablichten. Dabei zeigte sich, dass ein östlich vom Hauptstern befindlicher Stern sich mit der gleichen Geschwindigkeit und Richtung über den Himmel bewegte, während sich der zweite mutmaßliche Begleiter als weit entferntes Hintergrundobjekt herausstellte. Die Planeten um den Hauptstern lassen sich mit diesem Verfahren aber nicht abbilden, sie sind ihm zu nahe.

Aufnahme des Subaru-Teleskops des Systems HAT-P-7 mit BegleitsternLaden...
HAT-P-7 mit Begleitstern | Mit der Infrarotspektrografenkamera IRCS und der adaptiven Optik HICIAO des japanischen 8,2-Meter-Teleskops Subaru gelangen diese Aufnahmen des Doppelsternsystems HAT-P-7 im Sternbild Schwan. In der Mitte der in unterschiedlichen infraroten Spektralbereichen abgelichteten Aufnahmen befindet sich der Hauptstern HAT-P-7A, sein neuentdeckter Begleiter zeigt sich nahe am linken Bildrand. Die beiden dunklen Flecken in der L'-Band-Aufnahme sind Artefakte der Bildverarbeitung. Die verwendeten Filter J, K, L' und H liegen bei den Wellenlängen 1,25, 2,20, und 3,77 (IRCS) sowie 1,635 Mikrometer (HICIAO).

Der bestätigte stellare Begleiter ist rund 3,9 Bogensekunden vom Hauptstern entfernt, was einer projizierten Entfernung von 1240 Astronomischen Einheiten entspricht (eine Astronomische Einheit AE ist die mittlere Entfernung der Erde zur Sonne und entspricht 149,6 Millionen Kilometer). Da die räumliche Lage der Bahn des Begleiters um den Hauptstern nicht bekannt ist, gehen die Astronomen davon aus, dass der tatsächliche Abstand zu HAT-P-7 noch wesentlich größer ist. HAT-P-7B ist ein roter Zwergstern des Spektraltyps M5,5 und weist etwa ein Viertel der Masse unserer Sonne auf. Der Hauptstern HAT-P-7A ist dagegen vom Typ F8, erreicht 1,47 Sonnenmassen und ist somit heißer und leuchtkräftiger als unsere Sonne.

Der innere Planet HAT-P-7b weist 1,8 Jupitermassen auf. Er umrundet sein Zentralgestirn entgegen dessen Rotationsrichtung in 2,2 Tagen in einem Abstand von nur 0,038 AE. Der Trabant gehört somit zur Klasse der heißen Jupiter und ist für Leben, wie wir es kennen zu heiß. Über den zweiten Planeten HAT-P-7c, der seinen Stern wesentlich weiter außen umrundet, ist nur sehr wenig bekannt. Er wurde spektroskopisch mit dem Radialgeschwindigkeitsverfahren nachgewiesen. Die Forscher vermuten, dass er mehr als die Masse von Jupiter aufweist und für einen Umlauf um seinen Stern mehr als zehn Jahre benötigt.

Mit dem Nachweis eines weiteren Planeten und eines stellaren Begleiters hat das Forscherteam um Narita eine Möglichkeit gefunden, zu erklären, wie der innere Planet zu seiner rückläufigen Bewegung kam und weiterhin seinen Stern umrundet. Sie greifen dazu auf den Kozai-Mechanismus zurück, den der japanische Astronom Yoshihide Kozai im Jahr 1962 beschrieb. Hier beeinflusst ein massereicheres Objekt mit seiner Schwerkraft die Bahn eines masseärmeren und sorgt für einen periodischen Austausch zwischen der Bahnneigung und Ezentrizität des kleineren Himmelskörpers. Im Fall von HAT-P-7b gehen die Astronomen von einem sequenziellen Kozai-Effekt aus, um die Bahn des innersten Planeten zu erklären.

Dabei beeinfluste der neuentdeckte Partnerstern HAT-P-7B durch den Kozai-Effekt zunächst die Bahn des äußersten Planeten HAT-P-7c, so dass dessen Bahnneigung gegenüber der Äquatorebene des Hauptsterns stark anstieg. Daraufhin wirkte dieser wiederum mit dem Kozai-Effekt auf den inneren Trabanten ein, so dass dessen Bahn schließlich rückläufig wurde. Die Forscher empfehlen daher, in allen Systemen, in denen ein rückläufiger oder stark geneigter Planet gefunden wurde, Ausschau nach möglichen stellaren Begleitern zu halten, die mit ihrer Schwerkraft die Bahnen beeinflussen können.

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