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Exoplaneten

Zwergstern täuscht Planeten vor

Der Rote Zwerg Gliese 581 wird von mehreren Planeten umkreist. Allerdings könnte seine stellare Aktivität einen oder zwei Exoplaneten vorgetäuscht haben.
Exoplanet Gliese 581d

Der Rote Zwerg Gliese 581 oder kurz GJ 581 im Sternbild Waage gehört zu den am intensivsten untersuchten Sternen im Hinblick auf planetare Begleiter. Bis zu sechs Planeten sollen das rund 21 Lichtjahre von uns entfernte Zentralgestirn umrunden. Nun stellte ein Forscherteam um Paul Robertson von der Pennsylvania State University fest, dass die Planeten mit den Bezeichnungen GJ 581d und GJ 581g mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht existieren. Sie untersuchten hierfür das Spektrum von GJ 581 im Bereich der H-alpha-Linie und es zeigte sich, dass der Zwergstern deutlich magnetisch aktiv ist. Auf seiner Oberfläche bilden sich daher dunkle Flecken ähnlich denjenigen auf unserer Sonne. Sie sind über längere Zeiträume stabil und bewegen sich mit der Rotationsperiode des Sterns von rund 130 Tagen periodisch in unser Blickfeld. Wird diese stellare Aktivität bei der Auswertung der spektralen Daten nicht ausreichend berücksichtigt, könnte das als extrasolare Planeten missinterpretiert werden.

Die Sonne als Referenz für Gliese 581
Die Sonne als Referenz für Gliese 581 | Die Sonne wurde im Licht der Spektrallinien von Kalzium-K (links) und Wasserstoff H-alpha (rechts) abgelichtet. Mit der Kalzium-K-Linie wird häufig die magnetische Aktivität eines Sterns charakterisiert, um die Signale von möglichen Exoplaneten aus den Spektren herausfiltern zu können. Bei Roten Zwergen wie Gliese 581, die erheblich leuchtschwächer als unser Zentralgestirn sind, lassen Beobachtungen im H-alpha-Licht stellare Aktivität erkennen, die sich bei der Kalzium-K-Linie kaum oder gar nicht zeigt. Im Fall von Gliese 581 stellte sich heraus, dass die bislang als Hinweise auf zwei Planeten gedeuteten Signale in Wirklichkeit auf die Aktivität des Sterns zurückgehen; sie sind also nicht real.

Alle Planeten im System GJ 581 wurden mit der Radialgeschwindigkeitsmethode aufgespürt. Dabei beobachten die Astronomen ausgesuchte Linien im Spektrum des Sterns mit einem hochauflösenden Spektrometer. Sie halten dabei Ausschau nach periodischen Veränderungen der Wellenlängen dieser Spektrallinien, die durch die Umläufe der Planeten und des Zentralgestirns um den gemeinsamen Schwerpunkt über den Dopplereffekt hervorgerufen werden. Kommt dabei der Stern auf uns zu, so verschieben sich die Spektrallinien zu kürzeren, also blauen Wellenlängen hin, entfernt er sich von uns, so werden sie zu längeren, also roten Wellenlängen verschoben. Mit diesen Signalen lässt sich die Existenz von Planeten nachweisen und ihre jeweilige Mindestmasse bestimmen.

Die neuen Auswertungen von Robertson und seinen Forscherkollegen zeigen, dass der Planet GJ 581d durch die stellare Aktivität von GJ 581 im Zusammenhang mit der Rotationsperiode des Sterns vorgetäuscht wurde. Die Umlaufperiode von GJ 581d entspricht mit rund 66 Tagen exakt der Hälfte der stellaren Rotationsperiode von 130 Tagen. Berücksichtigt man nun dieses Ergebnis bei der Auswertung der Spektren, so zeigt sich, dass das Signal des Planeten 581g völlig verschwindet, er also ebenfalls nicht real ist. Dagegen konnten die Astronomen zeigen, dass die Planeten GJ 581e, GJ 581b und GJ 581c mit hoher Wahrscheinlichkeit real sind. Schon seit mehr als drei Jahren war die Existenz des sechsten Planeten GJ 581f mehr als umstritten, und die meisten Forscher hielten ihn für nicht existent.

Dieses Ergebnis hat jedoch Folgen für die Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten im Umlauf um massearme Sterne. Sowohl GJ 581d als auch GJ 581g sollten ihr Zentralgestirn in der lebensfreundlichen oder habitablen Zone umrunden. Diese bezeichnet den Abstandsbereich zum Stern, bei dem flüssiges Wasser bei Vorhandensein einer entsprechend dichten Atmosphäre auf der Oberfläche eines Planeten stabil ist. Die beiden nun als Täuschung entlarvten Welten galten bislang als so genannte Supererden, also felsige Himmelskörper mit maximal der dreifachen Erdmasse, die unserem Planeten im Prinzip ähnlich sein sollten. Außerdem wurde insbesondere GJ 581d als potenziell lebensfreundlich angesehen. Nun müssen sich die Astrobiologen nach anderen Systemen umsehen. Zu ihrem Glück sind derzeit schon rund 25 andere Planeten bekannt, die ihre leuchtschwachen Zentralgestirne in der habitablen Zone umrunden.

28. KW 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 28. KW 2014

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