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Exoplaneten: LkCa 15 – ein Planet beim Wachsen beobachtet?

Um den Stern LkCa 15 wurden zwei Planeten nachgewiesen, von denen einer offenbar derzeit Materie aufsammelt. Damit wäre erstmals ein Planet bei seinem Wachstum beobachtet worden.
Staubgürtel um einen jungen SternLaden...

Eine Möglichkeit zu verstehen, wie Planeten um junge Sterne entstehen, wäre es, sie dabei direkt zu beobachten. Eine große Schwierigkeit aber ist, dass die jungen Planeten meistens von einer dichten Wolke aus Gas um Staub umhüllt sind, die das ganze System umgibt. Aber manchmal ist die Gegebenheit so günstig wie im Fall des jungen Sterns LkCa 15 im Sternbild Stier. Hier konnte ein Forscherteam um Stephanie Sallum an der University of Arizona in Tucson bei einem Planeten beobachten, wie er Materie an sich zieht. Damit wäre es zum ersten Mal gelungen, "live" beim Planetenwachstum zusehen zu können. Die Bezeichnung LkCa steht für eine Himmelsdurchmusterung der Lick-Sternwarte nach Sternen mit ausgeprägten Kalziumlinien in ihren Spektren und bedeutet "Lick Calcium".

Zwei Planeten im Umlauf um LkCa 15 (Bild aus Daten der Teleskope Magellan und LBT)Laden...
Zwei Planeten im Umlauf um LkCa 15 | Mittels der adaptiven Optik des Large Binocular Telescope wurde der Innenbereich der Scheibe um den jungen Stern LkCa 15 abgebildet (grau). Zum in der Bildmitte befindlichen Stern hin klafft eine Lücke in der Scheibe mit einem Durchmesser von 80 Astronomischen Einheiten oder dem 80-fachen Abstand Erde-Sonne. Der Stern selbst wurde mit einer Blende abgedeckt und befindet sich exakt in der Bildmitte. Mit dem Magellan-Teleskop gelang es, in dieser Lücke mehrere Infrarotquellen nachzuweisen. Zwei von ihnen sind mit großer Sicherheit Planeten (grüne und violette Punkte).

Wenn ein Stern entsteht, so ist er von einer flachen, massereichen Scheibe aus Gas und Staub umgeben, in der sich innerhalb weniger Millionen Jahre Planeten bilden können. Der rund 460 Lichtjahre von uns entfernte LkCa 15 ähnelt unserer Sonne, ist aber nur rund zwei Millionen Jahre alt (zum Vergleich: Unsere Sonne entstand vor 4,57 Milliarden Jahren). Er ist von einer ausgedehnten Scheibe aus Gas und Staub umgeben, in deren Mitte eine Lücke mit einem Durchmesser von rund 100 Astronomischen Einheiten klafft, also dem 100-Fachen des Abstands Erde-Sonne. Diese Scheibe ließ sich mit Hilfe der adaptiven Optik des Large Binocular Telescope auf dem Mount Graham in Arizona direkt abbilden. Mittels des ebenfalls mit einer adaptiven Optik ausgerüsteten Teleskops Magellan konnten die Forscher um Sallum mehrere infrarote Lichtquellen innerhalb der Lücke nachweisen und direkt darstellen.

Bei zwei dieser Lichtquellen, welche die Bezeichnungen LkCa 15b und LkCa 15c tragen, sind sich die Forscher sicher, dass es sich um Planeten handelt. Für den näher am Stern befindlichen Planeten bestimmte das Team einen mittleren Abstand von etwa dem 15-Fachen der Distanz Erde-Sonne, beim weiter außen befindlichen Objekt einen Abstand von rund dem 19-Fachen der Distanz Erde-Sonne. Zusätzlich gibt es noch Hinweise auf einen dritten Himmelskörper mit der Bezeichnung LkCa 15d, bei dem sich die Forscher aber noch nicht sicher sind, ob dies wirklich ein Planet ist.

Am besten ließ sich der Planet LkCa 15b beobachten. Hier stellte sich heraus, dass er deutlich röter als vergleichbare Objekte im Umlauf um andere Sterne ist. Die derzeitig favorisierten Theorien zur Planetenentstehung gehen davon aus, dass ein junger jupiterähnlicher Gasplanet wie ein Stern von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist, allerdings von sehr viel geringerer Größe. Aus dieser Scheibe strömt das Material auf den Planeten und heizt sich dabei stark auf. Ist ein solcher junger Planet von einem kräftigen Magnetfeld umgeben, so kann dieses die Scheibe am Innenrand beschneiden. Das bereits aufgeheizte und dabei teilweise ionisierte Gas aus der Scheibe wird dann gezwungen, entlang der Magnetfeldlinien auf den Planeten zu strömen. Bei diesem Vorgang kann Wasserstoff auf Temperaturen von mehr als 10 000 Kelvin aufgeheizt werden, so dass er die intensiv rote H-Alpha-Strahlung abgibt.

Die Forscher verwendeten nun einen schmalbandigen Filter, um nach H-Alpha-Strahlung bei LkCa 15b zu suchen und hatten Erfolg – der Planet sendet solches Licht aus. Bei den beiden anderen Objekten im System von LkCa 15 wurden keine H-Alpha-Photonen nachgewiesen. Die Forscher ermittelten, dass das Magnetfeld von LkCa 15b mehr als die 20-fache Intensität des heutigen Jupitermagnetfelds aufweisen muss, um die umgebende Scheibe entsprechend beeinflussen zu können. Diese hohen Feldstärken sind ein Hinweis auf extrem starke konvektive Strömungen im Inneren von LkCa 15b. Mit dem Nachweis von H-Alpha-Strahlung von jungen Exoplaneten könnte eine Methode gefunden worden sein, mit der sich auch in anderen jungen Planetensystemen das Wachstum von Planeten direkt beobachten lässt.

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