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Peg 51 b: Erstmals Exoplaneten im sichtbaren Licht beobachtet

Erstmals gelang es, das Spektrum eines Exoplaneten im sichtbaren Licht direkt aufzunehmen. Dazu setzten Astronomen den Präzisions-Spektrografen HARPS des 3,6-Meter-Teleskops der Europäischen Südsternwarte ESO ein.
Höllenritt um einen Stern - der Exoplanet CoRot-1bLaden...

Schon lange ist es der Wunsch vieler Astronomen, extrasolare Planeten nicht nur im infraroten Wellenlängenbereich, sondern auch im sichtbaren Licht direkt untersuchen zu können. Dagegen spricht aber, dass die Sterne, die von den Exoplaneten umrundet werden, sehr viel heller leuchten als das vom Planeten reflektierte Licht. Daher wurde die Aufgabe, einen Exoplaneten neben seinem Stern direkt zu sichten, mit der Beobachtung eines Glühwürmchens neben einem Stadion-Flutlicht verglichen. Mittels eines besonderen Tricks gelang es aber nun Forschern um Jorge Martins vom portugiesischen Instituto de Astrofisica e Ciencias do Espaco in Porto, das Spektrum des Exoplaneten 51 Pegasi b direkt nachzuweisen. Dieser ist ein alter Bekannter für die Astronomen, denn er war der erste Exoplanet überhaupt, der 1995 im Umlauf um einen sonnenähnlichen Stern aufgespürt wurde.

Der heiße Jupiter 51 Pegasi (künstlerische Darstellung)Laden...
Der heiße Jupiter 51 Pegasi b | Rund 50 Lichtjahre trennen uns vom Stern 51 Pegasi im Sternbild Pegasus. Er wird von einem jupiterähnlichen Planeten in geringem Abstand umrundet (künstlerische Darstellung). 51 Peg b war der erste Exoplanet überhaupt, der im Jahr 1995 im Umlauf um einen sonnenähnlichen Stern entdeckt wurde.

Dafür setzten die Forscher den Präzisions-Spektrografen HARPS des 3,6-Meter-Teleskops auf dem chilenischen Berg La Silla ein und beobachteten rund 4000 Details des Spektrums des sonnenähnlichen Muttersterns 51 Pegasi. Bei der Auswertung ließen sie Modelle der Umlaufbewegung des Planeten einfließen. Die Umlaufperiode von 51 Peg b ist sehr genau bekannt, und so können die Wissenschaftler voraussagen, wo sich der Planet in Relation zum Stern befindet und inwieweit er gerade von seinem Zentralgestirn beleuchtet wird – sie kennen also die genaue Phasengestalt. 51 Peg b duchläuft von uns aus gesehen leider keine Transits vor seinem Stern, was seine genaue Untersuchung deutlich erleichtern würde.

Steht 51 Peg b gerade in den Elongationen, also den größten Abständen zu seinem Zentralgestirn, so erscheint er zur Hälfte beleuchtet. Befindet er sich von uns aus gesehen knapp oberhalb des Sterns, so ist er praktisch vollständig beleuchtet – dies wird als obere Konjunktion bezeichnet. Im Fall der unteren Konjunktion, wenn der Planet uns näher ist als sein Stern, erscheint er nur als eine schmale Sichel.

Die Forscher beobachteten nun den Stern 51 Pegasi mit hoher Präzision und erstellten aus den dabei gewonnenen Daten ein mittleres Idealspektrum. Dieses stellt die Referenz dar – die Maske. Der Planet erreicht im sichtbaren Licht im Maximum nur rund ein 50000stel der Helligkeit seines Muttersterns. Das Idealspektrum wird durch komplexe mathematische Operationen (Kreuzkorrelation der Maske mit allen 4000 verfügbaren Spektrallinien) mit den tatsächlichen Messdaten verglichen, worin Informationen über die Bewegung des Planeten einfließen. Aus diesem Verfahren konnten die Forscher um Martins schließlich den Planeten mit einer 99-prozentigen Wahrscheinlichkeit, also 3 Sigma, nachweisen.

Aus den spektralen Messdaten leiten Martins und seine Koautoren diverse Eigenschaften von 51 Peg b ab: Die Masse des Planeten entspricht dem 0,46-Fachen der Jupitermasse und die Neigung der Umlaufbahn zu uns beträgt rund 80 Grad. Durch den geringen Abstand zu seinem Stern ist der Planet wegen des Strahlungseinfalls auf rund das Zweifache des Jupiter-Durchmessers angeschwollen.

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