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Exoplaneten: Fehltritt eines Vorzeigeplaneten

Künstlerische Darstellung von Fomalhaut b
Staubring um Fomalhaut
Staubring um Fomalhaut | Eine sich weit erstreckende Staubscheibe umgibt den Stern Fomalhaut. In ihr befindet sich auf dieser Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble ein ausgeprägter Staubring. Das Zentrum des Rings liegt etwa 15 Astronomische Einheiten neben dem Stern. Bislang führen die meisten Astronomen diesen Ring auf den gravitativen Einfluss eines Planeten im Umlauf um Fomalhaut zurück.
Die Jagd nach Exoplaneten hat sich zu einer sportlichen Disziplin unter Astronomen entwickelt. Fast 700 Planeten wurden bereits in fernen Sonnensystemen entdeckt, mittlerweile finden nur exotische oder potentiell erdähnliche Planeten überhaupt noch größere Beachtung. Dabei setzen die Astronomen überwiegend auf indirekte Techniken, die das Licht der umkreisten Sterne beobachten. Nur sehr selten gelingt es, das schwache Leuchten eines Exoplaneten direkt zu fotografieren.

Fomalhaut b war der erste Planet überhaupt, dessen sichtbares Licht sich von einer Kamera einfangen ließ: Zwei Bilder des Weltraumteleskops Hubble aus den Jahren 2004 und 2006 zeigten einen hellen Punkt im Orbit des Sterns Fomalhaut. Diese Entdeckung durch ein Team um Paul Kalas von der kalifornischen Universität Berkeley war eine Sensation. Doch die Advanced Camera for Surveys (ACS), die Hubble die Aufnahmen ermöglichten, wurde 2007 durch einen Kurzschluss lahm gelegt. Eine andere Hubble-Kamera, der Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), lieferte im Jahr 2010 endlich eine neue Aufnahme von Fomalhaut b. Doch darauf liegt der Planet deutlich neben der Spur. Nur ein Messfehler? Oder existiert Fomalhaut b überhaupt nicht?

Entdeckung von Fomalhaut b
Entdeckung von Fomalhaut b | Auf dieser Aufnahme des Fomalhaut-Systems sind zwei Hubble-Bilder aus den Jahren 2004 und 2006 übereinander gelegt (kleiner Kasten). Darauf ist ein heller Punkt in einer Umlaufbahn um den Stern zu erkennen – der Planet Fomalhaut b. Dies gilt als der erste fotografische Nachweis eines Exoplaneten im sichtbaren Licht.
Seine Sonne, Fomalhaut, ist einer der 20 hellsten Sterne am Himmel und umgeben von einem etwa 25 Astronomische Einheiten breiten Ring aus Staub. Dabei ist der innere Rand dieser Staubregion in einer Entfernung von etwa 130 Astronomischen Einheiten auffällig scharf begrenzt. Das Zentrum des Staubrings fällt außerdem nicht mit dem Mittelpunkt von Fomalhaut zusammen. Beide Effekte ließen sich theoretisch sehr elegant mit dem gravitativen Einfluss eines Planeten in der Umlaufbahn von Fomalhaut erklären.

Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble aus dem Jahr 2004 zeigten schließlich einen hellen Punkt, der sich dicht am inneren Rand des Staubrings befand. Eine solche Entdeckung ist zunächst nicht ungwöhnlich, denn auch ein Stern im Hintergrund des ohnehin recht verrauschten Bildes hätte diesen Effekt hervorrufen können. Doch in einer Aufnahme von 2006 war der Punkt ein wenig weiter gewandert. Das Team um Paul Kalas konnte diesen Punkt schließlich mit dem Planeten identifizieren, der von den Theoretikern vorhergesagt wurde.

STIS-Bild von 2010
STIS-Bild von 2010 | Auf dieser STIS-Aufnahme von 2010 ist die neue Position von Fomalhaut b mit einem grünen Pfeil markiert.
Fomalhaut b ist vermutlich etwa so groß wie Jupiter. Das helle Erscheinungsbild im sichtbaren Wellenlängenbereich führte Kalas auf einen Ring aus Staub zurück, der den Planeten umgibt und Licht reflektiert. Seit der Veröffentlichung im Jahr 2008 im Fachjournal Science wird Fomalhaut b als erster im sichtbaren Licht fotografierter Exoplanet gefeiert.

Vorläufige Positionsmessung
Vorläufige Positionsmessung | Hier ist die letzte Position von Fomalhaut b im Vergleich zu den früheren Messungen dargestellt. Die Linie zeigt die berechnete Umlaufbahn, die Kreuze darauf die Positionen, wie sie im theoretischen Modell für die Jahre 2004, 2006 und 2010 erwartet werden. Die Messwerte aus den Jahren 2004 und 2006 passen noch zur Erwartung, der Wert von 2010 dagegen weicht deutlich ab – allerdings mit einem großen möglichen Messfehler. Die Daten von 2010 sind außerdem vorläufig und ohne Korrektur möglicher systematischer Fehler und geometrischer Verzerrungen.
Die neuen STIS-Aufnahmen von Fomalhaut b sorgen nun für Diskussionen unter den Exoplaneten-Experten, die sich im September 2011 auf einer Konferenz im US-Bundesstaat Wyoming trafen. Es ist zunächst ein großer Erfolg, dass es auch mit einer anderen Kamera gelungen ist, Fomalhaut b abzubilden. Doch die Aufnahme zeigt den Planeten deutlich außerhalb der berechneten Umlaufbahn – auf direktem Weg in den großen Staubring. Die möglichen Fehler bei der vorläufigen Bildanalyse sind groß, immerhin stammt die Aufnahme von einem anderen Instrument als die ersten beiden Bilder. Unbekannte systematische Fehler könnten die Analyse noch verzerren – oder unentdeckte Eigenschaften des Fomalhaut-Systems. Doch für Ray Jayawardhana war diese Abweichung Grund genug, Zweifel an der Existenz des Planeten zu äußern. Der Astronom, der an der kanadischen Universität Toronto arbeitet, glaubt nicht mehr an die Geschichte, in der Fomalhaut b am inneren Rand der Staubscheibe entlang läuft.

In einem Artikel in der englischen Wissenschaftszeitschrift New Scientist und auf der Nachrichtenseite des Fachjournals Nature wird die erhitzte Debatte zwischen Kalas und Jayawardhana deutlich. "Ich fühle mich unwohl dabei, dass das Aushängeschild für direkt abgebildete Planeten der schwächste oder am wenigsten sichere Fall sein könnte", wird Jayawardhana zitiert. Kalas dagegen: "Ein einzelner Wissenschaftler versucht eine Debatte aus dem Nichts herbeizuführen."

Vergleich Fomalhaut-System und Sonnensystem
Vergleich Fomalhaut-System und Sonnensystem | Die Grafik zeigt die Ausdehnung des Fomalhaut-Systems: Der Planet Fomalhaut b liegt am inneren Rand eines Staubgürtels, der vergleichbar ist mit dem Kuipergürtel um unser Sonnensystem. Mit 280 Astronomischen Einheiten Durchmesser ist der Staubring um Fomalhaut allerdings noch einmal wesentlich weiter von seiner Sonne entfernt als der Kuipergürtel.
Die Schärfe der öffentlichen Diskussion könnte sich auch durch eine professionelle Rivalität zweier Forscher erklären, die im heiß umkämpften und öffentlichkeitswirksamen Feld der Exoplanetenforschung nicht selten ist. Paul Kalas reichte seine Entdeckung am 30. September 2008 beim Fachjournal Science ein. Doch bereits am 4. September meldete Jayawardhana als Ko-Autor beim Astrophysical Journal die Entdeckung des Planeten 1RXS J160929.1-210524 b. Dieser Planet ist damit der erste, der direkt abgebildet wurde – allerdings im Infraroten. Die spektakulären Bilder von Paul Kalas stellten diese Entdeckung in den Schatten, zumal erst im Jahr 2010 der Umlauf des von Jayawardhana mit entdeckten Exoplaneten bestätigt wurde.

Die unklare Datenlage erweist sich auch als Spielwiese für alternative Erklärungsmodelle. Die hohe Reflektivität von Fomalhaut b im Sichtbaren könnte sich statt eines Staubrings um auch durch eine Wolke aus irregulären Satelliten erklären, wie britische Astronomen der Universität Cambridge berechnen. In einer Arbeit, die in der britischen Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen wird, diskutieren Grant Kennedy und Mark Wyatt die möglichen Auswirkungen einer Staubwolke um Fomalhaut b (Link zur Veröffentlichung). Der Planet könnte in diesem Szenarium mit nur einigen Erdmassen wesentlich leichter sein als angenommen. Eine Partikelwolke mit einer Gesamtmasse von etwa fünf Monden könnte ihn umhüllen und für die beobachtete starke Lichtreflexion verantwortlich sein. Die Autoren diskutieren sogar die Möglichkeit, dass Fomalhaut b regelmäßig in den großen Staubring eintaucht, um seinen Vorrat an Begleitmaterial aufzufüllen. Unabhängig von solchen Modellen ist ebenfalls unklar, ob das Fomalhaut-System weitere, bislang unsichtbare Planeten beherbergt.

Für das Jahr 2012 ist eine erneute Beobachtung des Fomalhaut-Systems mit dem STIS angesetzt. Vermutlich wird sich erst mit den zu erwartenden Aufnahmen entscheiden lassen, ob die Zweifel an Fomalhaut b berechtigt sind. Es ist zumindest unwahrscheinlich, dass wir Fomalhaut b gerade zufällig dabei beobachten, wie er aus einer Millionen Jahre alten Umlaufbahn heraus geschleudert wird. Sollten die Aufnahmen von 2012 den Planeten also weiterhin auf Abwegen zeigen, wird sich die Zahl der Kritiker um Ray Jayawardhana vergrößern, ebenso der Bedarf an alternativen Erklärungsmodellen. Wie auch immer das exotische System tatsächlich aussieht: Bis auf weiteres wird Fomalhaut b aber seinen besonderen Platz in der Liste der Exoplaneten behalten.

Mike Beckers

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