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Extrasolare Welten: Kühler Exoplanet vor der Kamera

Direkt abgelichtete Exoplaneten lassen sich bislang noch an zwei Händen abzählen. Der neueste Schnappschuss zeigt einen lichtschwachen Begleiter, der um einen sonnenähnlichen Stern kreist.
Das System um GJ 758Laden...
Ist es möglich, ein Glühwürmchen zu fotografieren, das unmittelbar neben einer kilometerweit entfernten 300-Watt-Flutlichtlampe sitzt? Einer vergleichbaren Aufgabe stellen sich Astronomen, wenn sie ferne Exoplaneten direkt ablichten wollen – deren Sonnen sind um ein Vielfaches heller als sie selbst. Dennoch sind heute mehr als 400 extrasolare Planeten bekannt. Die meisten von ihnen wurden allerdings indirekt über die Bewegung oder die Helligkeit des Zentralsterns nachgewiesen, die der Begleiter minimal beeinflusst.

Begleiter um GJ 758Laden...
Begleiter um GJ 758 | GJ 758 B wurde während zweier unabhängiger Beobachtungsläufe im Mai und im August 2009 nachgewiesen. Die Aufnahmen zeigten deutlich, dass GJ 758 B und der Stern GJ 758 nicht bloß zufällig am Himmel beieinanderstehen: Wie zahlreiche andere nahe Sterne besitzt GJ 758 eine so genannte Eigenbewegung: Er verändert seine Position am Nachthimmel, wenn auch nur sehr langsam. Die Bilder belegten, dass GJ 758 B sich genau so bewegt, wie es zu erwarten ist, wenn er gravitativ an seinen Zentralstern gebunden ist: Seine Bewegung am Nachthimmel ist eine Überlagerung der Eigenbewegung von GJ 758 und seiner eigenen Bahnbewegung um den Zentralstern.
Dagegen sind bisher nur zehn mögliche Exoplaneten direkt abgebildet worden. In all diesen Fällen unterscheiden sich die Sternsysteme stark von unserem Sonnensystem: Entweder umläuft der Begleiter seinen Zentralstern in sehr großer Entfernung (mehrere hundert Mal größer als die Entfernung Erde-Sonne), seine Temperatur entspricht eher der eines Sterns als der eines Planeten oder aber der Zentralstern ist der Sonne sehr unähnlich.

Christian Thalmann vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und seine Kollegen entdeckten nun mit Hilfe des 8-Meter-Teleskops Subaru auf dem Mauna Kea in Hawaii einen neuen Planetenkandidaten. Zwar geht auf jeder einzelnen Aufnahme dessen schwaches Leuchten im verbliebenen Lichthof des Zentralsterns unter, doch dank einer raffinierten Kombination von nacheinander aufgenommenen Bildern konnten die Astronomen den Trabanten erkennbar machen.

Er umläuft den Stern GJ 758 im Sternbild Leier und gleicht den Planeten unseres eigenen Sonnensystems mehr als seine Vorgänger. So umläuft er den sonnenähnlichen Stern vermutlich in einer ähnlichen Entfernung wie die Begleiter unserer Sonne. Bislang können die Wissenschaftler die Umlaufbahn von GJ 758 B, so der Name des Neufunds, jedoch lediglich abschätzen; am wahrscheinlichsten halten sie einen mittleren Abstand vom Zentralstern von 59 Astronomischen Einheiten (verglichen mit 39 Astronomischen Einheiten für die Pluto-Umlaufbahn).

Größenvergleich von GJ 758 B und JupiterLaden...
Größenvergleich von GJ 758 B und Jupiter | Größenvergleich zwischen (von links nach rechts) der Sonne, Jupiter, GJ 758 B und GJ 758. Auf Grund seiner Temperatur von 280 bis 330 Grad Celsius glüht GJ 758 B kirschrot, wie auf seiner vom Zentralstern abgewandten Nachtseite sichtbar. Der kleine Punkt links von Jupiter ist die Erde im gleichen Maßstab.
Besonders interessant finden Thalmann und sein Team die vergleichsweise geringe Temperatur des Planeten: 280 bis 330 Grad Celsius. "Dies entspricht der Temperatur eines Backofens oder der Temperatur auf der sonnenzugewandten Seite des Planeten Merkur", erläutert Thalmann. Damit sei GJ 758 B der kühlste jemals direkt abgebildete Begleiter eines sonnenähnlichen Sterns. Andererseits ist er mehr als 450 Grad heißer als der äußerste Planet unseres Sonnensystems, obwohl er noch weiter von seiner Sonne entfernt ist.

Diese Diskrepanz ließe sich damit erklären, dass es sich bei dem Exoplaneten um einen jungen, massereichen Gasplaneten handelt, der sich noch in der Phase der Kontraktion befindet, wobei er seine Gravitationsenergie in Wärme umwandelt. Bei einem solchen Körper sind Temperatur, Alter und Masse miteinander verknüpft: Je massereicher er ist, umso länger dauert es, bis er seine überschüssige Wärme in den Weltraum abgestrahlt und seine endgültige Gleichgewichtstemperatur erreicht hat.

Aus diesem Grund lässt sich die Masse von GJ 758 B leider nicht genau bestimmen: Seine gemessene Infrarothelligkeit entspricht der eines 700 Millionen Jahre alten Planeten mit zehn Jupitermassen oder aber der eines 8700 Millionen Jahre alten Begleiters mit 40 Jupitermassen, berichten die Wissenschaftler. Demnach handelt es sich entweder um einen Riesenplaneten oder aber um einen massearmen Braunen Zwerg. Da Sterne gleichzeitig mit ihren Planeten entstehen, würde eine genaue Altersbestimmung des Zentralsterns diese Unsicherheit beseitigen; die bisherige Datenlage lässt eine solche Messung allerdings noch nicht zu.

Suchkarte für das neu entdeckte System GJ 758Laden...
Suchkarte für das neu entdeckte System GJ 758
Aber auch ein potenzieller zweiter Trabant von GJ 758 könnte die Hinweise auf einen Riesenstern verdichten: Denn im August 2009 gewonnene Bilder zeigen ein weiteres, dem Zentralstern etwas näher gelegenes Objekt. Ob dieses tatsächlich zum System gehört oder einfach nur im Hintergrund liegt, muss allerdings noch überprüft werden.

"Was unsere bisherigen Beobachtungen zeigen, sieht sehr viel versprechend aus", erzählt Thalmann. Wenn es sich tatsächlich um einen weiteren Begleiter handelt, dann sei es sehr wahrscheinlich, dass beide Objekte junge Planeten sind und nicht alte Braune Zwerge, so die Forscher. Denn ein System mit zwei Braunen Zwergen auf so engen Bahnen würde auf Dauer mit großer Wahrscheinlichkeit instabil werden.

Nichtsdestoweniger verschafft die direkte Beobachtung von GJ 758 B den Wissenschaftlern bereits jetzt einen Einblick in die Vielfalt substellarer Objekte, die in der Umgebung sonnenähnlicher Sterne entstehen können.
49. KW 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 49. KW 2009

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