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Exoplaneten

Ein junger Jupiter im Umlauf um 51 Eridani entdeckt

Beim jungen Stern 51 Eridani konnte der "Gemini Planet Imager" einen jupiterähnlichen Exoplaneten nachweisen und ihn auch spektroskopisch untersuchen.
Der jupiterähnliche Exoplanet 51 Eridani b (künstlerische Darstellung)

Mit dem Gemini Planet Imager (GPI) entdeckte ein Forscherteam um Bruce Macintosh von der kalifornischen Stanford University einen extrasolaren Planeten im Umlauf um den Stern 51 Eridani. Dies ist die erste Entdeckung eines Exoplaneten mit dem GPI, der diesen im nahen Infraroten direkt neben seinem Zentralgestirn abbilden konnte. Zudem untersuchten die Astronomen das Objekt mit dem GPI auch spektroskopisch. Die Daten ergeben, dass es sich bei 51 Eridani b um einen Gasriesen vom Jupitertyp handelt, dessen Oberflächentemperatur zwischen 330 und 480 Grad Celsius beträgt. Er ist damit so heiß, dass Blei und Zinn in flüssiger Form vorliegen würden. In seinem Spektrum fallen ausgeprägte Absorptionsbanden von Methan (CH4) auf – es sind die stärksten Methanbanden, die sich bisher bei einem Exoplaneten nachweisen ließen. Zudem zeigen sich im Spektrum auch die Signaturen von Wasserdampf.

Exoplanet 51 Eridani b (Aufnahme des Gemini Planet Imager)
Exoplanet 51 Eridani b | Mit dem "Gemini Planet Imager" ließ sich der Planet 51 Eridani b im infraroten Licht am 18. Dezember 2014 direkt abbilden. Um ihn sichtbar zu machen, wurde das millionenfach hellere Licht des Sterns durch ein Blendensystem abgeschirmt.

Aus Modellannahmen leiten die Forscher um Macintosh eine wahrscheinliche Masse von rund zwei Jupitermassen ab. Damit wäre 51 Eridani b der bislang masseärmste Exoplanet, der sich direkt abbilden ließ. Die bisher direkt fotografierten Exoplaneten hatten Massen von mindestens fünf Jupitermassen und waren auch beträchtlich heißer. Das Zentralgestirn 51 Eridani ist ein junger Stern des Spektraltyps F, und Sternentwicklungsmodelle ergeben ein Alter von rund 20 Millionen Jahren. Auf Grund dieses geringen Alters ist es erstaunlich, dass sein Planet schon vergleichsweise kühl ist. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die Entstehungsgeschichte von 51 Eridani b.

Derzeit diskutieren die Astronomen zwei Theorien, wie jupiterähnliche Gasriesen entstehen: Eine Theorie geht davon aus, dass solche Gasriesen durch einen Schwerkraftkollaps direkt in der massereichen Scheibe aus Gas und Staub entstehen, in der sich auch der Stern gebildet hat. Dabei kollabiert eine lokale Verdichtung in der Scheibe spontan unter ihrer eigenen Schwerkraft und zieht weitere Materie an. Dieses Szenario ähnelt sehr demjenigen, wie Sterne in einer interstellaren Gas- und Staubwolke entstehen, nur in viel kleinerem Maßstab. Solche Planeten sind durch den Kollaps für längere Zeit durch die Akkretions- und Kompressionswärme sehr heiß.

Die zweite – klassische – Theorie geht dagegen davon aus, dass sich zunächst ein Planetenembryo aus Gestein und Metall bildet, der bei Überschreiten einer gewissen kritischen Masse alles verfügbare Material einschließlich der Gase an sich zieht und auch auf Dauer festhalten kann. Dieses Szenario wird für die Entstehung der Gasriesen in unserem Sonnensystem als das wahrscheinlichere angesehen. Die vergleichsweise niedrige Temperatur von 51 Eridani b legt bei einem Alter von nur 20 Millionen Jahren ebenfalls das klassische Szenario nahe.

Die Position von 51 Eridani am Himmel (Übersichtskarte)
Die Position von 51 Eridani am Himmel | Der Stern 51 Eridani befindet sich im Sternbild Eridanus, dem Himmelsfluss, in der Nähe des Sternbilds Orion. Mit seiner scheinbaren Helligkeit von rund 5 mag lässt er sich mit dem bloßen Auge gerade so sehen.

Die Entdeckung und spektroskopische Untersuchung von 51 Eridani b war nicht einfach, da der Stern rund drei Millionen Mal so hell leuchtet wie sein Planet. Der GPI verwendet eine adaptive Optik, um den Effekt der Luftunruhe in der Erdatmosphäre zu minimieren. Danach blendet er das grelle Licht des Sterns aus, so dass sich dessen direktes Umfeld beobachten lässt. Dabei erschien der Planet 51 Eridani b in einer Aufnahme vom 18. Dezember 2014 als ein heller Punkt unterhalb seines Zentralgestirns. Nachfolgende Untersuchungen zeigten, dass es kein weit entfernter Hintergrundstern sein kann. Der Abstand von 51 Eridani b zu seinem Stern beträgt rund 13 Astronomische Einheiten, das 13-Fache der Distanz von Erde zu Sonne. Dies ist etwas mehr als der mittlere Abstand vom Saturn zu unserem Zentralgestirn. Der Beobachtungszeitraum von wenigen Monaten war allerdings zu kurz, um die Umlaufbewegung des Planeten um 51 Eridani direkt nachzuweisen. Dies bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten.

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