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Extrasolare Planeten: Kepler-11: Ein Sternsystem mit sechs Planeten

Kepler-11
Die von Kepler entdeckten Transitplaneten im Größenvergleich
Die von Kepler entdeckten Transitplaneten im Größenvergleich | Diese Illustration zeigt die Größe der von Kepler entdeckten Transitplaneten im Vergleich zu Jupiter und der Erde. Der Planet Kepler-4b hat eine Ausdehnung, die derjenigen von Neptun ähnelt, genauso wie Kepler-11b, Kepler-11c, Kepler-11d, Kepler-11e, Kepler-11f und Kepler-11g, die sechs Planeten des Systems Kepler-11.
Das Weltraumobservatorium Kepler der NASA beobachtete einen sonnenähnlichen Stern, der von sechs Planeten begleitet wird und rund 2000 Lichtjahre von uns entfernt ist. Die fünf inneren Planeten rasen um ihr Zentralgestirn mit Umlaufzeiten von gerade einmal 10 bis 47 Tagen und sind damit alle schneller als Merkur, der innerste Planet unseres Sonnensystems. Die Umlaufdauer des äußersten sechsten Planeten beträgt 118 Tage.

Bemerkenswert an diesem System sind die dicht beieinander liegenden Planetenbahnen. Nie zuvor wurde ein Planetensystem außerhalb des unseren in den Weiten des Alls entdeckt, das gleich sechs Planeten besitzt, die von uns aus gesehen ihre Sonne passieren und dabei ihre Helligkeit um wenige Promille senken. Acht Sterne mit mehr als einem Transitplaneten waren bis anhin bekannt. Doch keines dieser Systeme besitzt mehr als drei Planetenkandidaten.

Bis zu Keplers großer Entdeckung war das einzige in der Literatur erwähnte extrasolare Planetensystem mit mehr als einem bestätigten Transitplaneten das System Kepler-9. Zwei Gasplaneten und ein Planet von der Größe der Erde umlaufen das Zentralgestirn von Kepler-9. Im System Kepler-10 befinden sich ein nachgewiesener Planet und ein noch unbestätigter Planetenkandidat (wir berichteten).

Unglaublich sind demgegenüber die frisch analysierten Daten des Weltraumteleskops Kepler, die in der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature publiziert sind: Kepler-11 ist ein extrasolares System mit den sechs Planeten Kepler-11b, Kepler-11c, Kepler-11d, Kepler-11e, Kepler-11f und Kepler-11g. Fünf Planeten sind bestätigt, nur noch der äußerste, Kepler-11g, wird als Kandidat gehandelt.

Extrasolare Transitplaneten enthüllen ihr Dasein dann, wenn sie aus der Sicht des Beobachters vor ihrem Stern vorbeiziehen und dessen Helligkeit während des Durchgangs (Transits) vermindern. Die Abschwächung des Sternlichts erlaubt es, den Radius des vorbeiziehenden Planeten zu messen. Das Zeitintervall zwischen zwei Durchgängen lässt einen Rückschluss auf die Umlaufdauer zu.

Besitzt der Stern mehr als einen Planeten, so gelingen tiefere Einblicke: Die unterschiedlichen Umlaufzeiten im Verhältnis zueinander bestimmen die Stabilität und Dynamik des Systems. Die Gravitationswechselwirkungen zwischen dem Stern und seinen Trabanten sowie den Planeten untereinander ermöglichen die Bestimmung der Massen der Planeten und ihrer Bahnverläufe.

Kleine Exoplaneten mit geringer Masse und Dichte

Aus was die Planeten des Systems Kepler-11 bestehen
Die Zusammensetzungen der Planeten von Kepler-11 | In dieser Darstellung ist in Erdradien der Radius der Planeten des Systems Kepler-11 und einiger ausgewählter Vergleichsexoplaneten sowie der Erde und der Venus gegen die Masse in Erdmassen aufgetragen. Es zeigt sich, dass sich die neu von Kepler entdeckten Planeten (blaue Blasen von b bis f) in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Der sechste gefundene Planet, Kepler-11g fehlt, da von ihm die Masse noch nicht sicher bestimmt werden konnte. Der Erde im Hinblick auf die chemische Zusammensetzung am ähnlichsten ist Kepler-10b. Die Planeten von Kepler-11 müssen große Anteile an leichten Gasen wie Wasserstoff und Helium und wahrscheinlich Wasserdampf aufweisen, um ihre sehr geringen mittleren Dichten zu erkären.
Die Transits eines einzelnen Planeten, der sich auf einer elliptischen Umlaufbahn um sein Zentralgestirn befindet, sind strikt periodisch. In einem Mehrfachplanetensystem bewirken die Gravitationskräfte zwischen den Planeten, dass diese beschleunigt oder verlangsamt werden. Diese Wechselwirkung führt zu Abweichungen von den exakt periodischen Transits.

Anhand einer Analyse dieser Variationen konnten Jack J. Lissauer, Wissenschaftler am NASA Ames Research Center und Erstautor der in Nature veröffentlichten Studie, und seine Kollegen, die Massen der inneren fünf Planeten des Systems Kepler-11 berechnen. Deren Massen sind gering, ebenso die Dichten, die teilweise nur ein halbes Gramm pro Kubikzentimeter betragen. Sie gehören zu den kleinsten der bekannten Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems, für die Masse und Größe gemessen wurden, und ähneln kleinen Neptunen.

Das System Kepler-11 ist viel flacher als unser Sonnensystem, da alle Planeten fast exakt in einer Ebene umlaufen. Die Bahnebenen von Kepler-11e und Kepler-11g sind zwar leicht geneigt. Ihr Winkel beträgt aber lediglich 0,6 Grad. Dieses Merkmal machte es erst möglich, die sechs Exoplaneten mit Kepler und der Transitmethode zu finden. Auch die Exzentrizität der Umlaufbahnen ist verschwindend gering, die Bahnen sind folglich beinahe kreisförmig.

Das Weltraumobservatorium Kepler sucht seit zwei Jahren einen Himmelsausschnitt der Milchstraße im Bereich der Sternbilder Schwan und Leier nach Exoplaneten ab, die von der Größe der Erde oder kleiner sind und sich in oder in der Nähe der habitablen Zone befinden. Das von Kepler durchsuchte Gebiet enthält 150 000 Sterne. Keplers Position im All ermöglicht es, sie konstant zu beobachten. Für die verbleibende Zeit der Mission soll das Teleskop das System Kepler-11 näher unter die Lupe nehmen, um die Planeten und ihre Wechselwirkungen noch genauer zu messen.

Rahel Heule

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  • Quellen
Lissauer, J. J. et al.: A closely packed system of low-mass, low-density planets transiting Kepler-11. In: Nature 470, 2011, doi:10.1038/nature09760.

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