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Ein erstaunlicher Planet mit drei Sonnen

Geschrieben am 07.07.2016 in Kategorie: Astronomie

Einem Astronomenteam ist es gelungen, erstmals einen Planeten in einer weiten Umlaufbahn innerhalb eines Dreifachsternsystems abzubilden. Bisher ging man davon aus, dass die Umlaufbahn eines solchen Planeten instabil wäre, so dass ein Planet schnell aus so einem System herausgeschleudert werden würde. Irgendwie schaffte es dieser Planet jedoch zu überleben. Diese unerwartete Beobachtung, die mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO gemacht wurde, legt nahe, dass solche Systeme tatsächlich häufiger vorkommen könnten als bisher gedacht.

Luke Skywalkers Heimatplanet in der Star-Wars-Saga, Tatooine, ist eine seltsame Welt mit zwei Sonnen am Himmel. Astronomen haben jetzt einen Planeten in einem noch exotischeren System entdeckt, auf dem ein Beobachter je nach Jahreszeit entweder durchgehendes Sonnenlicht oder pro Tag drei Sonnenauf- und Sonnenuntergänge genießen könnte. Eine Jahreszeit dauert auf diesem Planeten jedoch länger als ein gesamtes menschliches Leben.

Entdeckt wurde diese ungewöhnliche Welt von einem Astronomenteam unter der Leitung der University of Arizona in den USA am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile mit dem Verfahren der direkten Abbildung. Der Planet mit dem Namen HD 131399Ab unterscheidet sich von jedem anderen bisher entdeckten Planeten – er besitzt mit Abstand die größte bekannte Umlaufbahn innerhalb eines Mehrfachsternsystems. Solche Umlaufbahnen sind durch die komplexe und sich ständig ändernde gravitative Anziehung der anderen zwei Sterne im System oftmals instabil. Man ging deshalb bisher davon aus, dass Planeten in stabilen Umlaufbahnen sehr unwahrscheinlich sind.

HD 131399Ab befindet sich etwa 320 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Zentaur (lat. Centaurus) und ist etwa 16 Millionen Jahre alt. Damit ist er auch einer der jüngsten bisher entdeckten Planeten und einer der wenigen, die direkt abgebildet werden konnten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kühlsten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten.

„HD 131399Ab ist einer der wenigen Exoplaneten, die direkt abgebildet werden konnten und der erste in solch einer interessanten dynamischen Konstellation“, meint Daniel Apai von der University of Arizona in den USA, einer der Koautoren des neuen Fachartikels, in dem die Entdeckung präsentiert wird.

„Für etwa die Hälfte der Umlaufbahn des Planeten, die 550 Erdjahre dauert, sind drei Sterne am Himmel sichtbar; die lichtschwächeren zwei sind stets näher beieinander und verändern ihre scheinbare räumliche Trennung während des Jahres“, fügt Kevin Wagner, der Erstautor des Fachartikels und Entdecker von HD 131399Ab hinzu.

Kevin Wagner ist Doktorand an der University of Arizona und identifizierte den Planeten unter Hunderten von Planeten-Kandidaten. Er leitete auch die Nachbeobachtungen, um die außergewöhnlichen Eigenschaften zu überprüfen.

Gleichzeitig handelt es sich auch um den ersten Exoplaneten, der mit dem SPHERE-Instrument am VLT entdeckt wurde. Durch die Empfindlichkeit von SPHERE im Infrarotbereich war es auch möglich, die charakteristischen Eigenschaften von jungen Planeten in diesem Wellenlängenbereich nachzuweisen. Dafür war jedoch ausgeklügelte Instrumententechnik vonnöten, die zum einen Störungen durch die Erdatmosphäre korrigiert, zum anderen aber auch das ansonsten blendende Licht der Muttersterne blockiert.

Auch wenn noch mehrere Langzeitbeobachtungen notwendig sind, um die Umlaufbahn um die Muttersterne genau zu bestimmen, scheinen Beobachtungen und Simulationen das folgende Szenario nahezulegen: Der hellste Stern wird als um 80 Prozent massereicher als die Sonne geschätzt und wird deshalb als HD 131399A bezeichnet, der selbst von den weniger massereichen Sternen, B und C, in einer Entfernung von etwa 300 AE (eine AE, oder Astronomische Einheit, entspricht der durchschnittlichen Entfernung der Erde zur Sonne) umkreist wird. Dabei umkreisen sich B und C gegenseitig wie eine sich drehende Hantel in einer Entfernung, die in etwa der von Sonne und Saturn (10 AE) entspricht.

In diesem Szenario umkreist der Planet HD 131399Ab den Stern A in einer Entfernung von etwa 80 AE, das entspricht etwa der zweifachen Umlaufbahn des Pluto im Sonnensystem. Dabei erreicht der Planet bis zu einem Drittel der Distanz zwischen A und dem B/C-Doppelstern. Die Autoren betonen, dass eine ganze Reihe an orbitalen Szenarien möglich ist und dass ein Urteil darüber, ob das System auf Dauer stabil bleibt, erst möglich ist, wenn mit bereits geplanten Folgebeobachtungen die Umlaufbahn des Planeten genauer untersucht wurde.

„Wenn der Planet vom massereichsten Stern im System weiter entfernt wäre, würde er aus dem System gestoßen werden“, erklärt Apai. „Unsere Computersimulationen haben gezeigt, dass diese Art der Umlaufbahn stabil sein kann. Wenn man jedoch nur eine Kleinigkeit ändert, kann sie sehr schnell instabil werden.“

Planeten in Mehrfachsternensystemen sind für Astronomen und Planetenforscher von besonderem Interesse, da sie ein Beispiel dafür liefern, wie der Mechanismus der Planetenentstehung in diesen extremeren Szenarien abläuft. Zwar erscheint uns ein solches Mehrfachsternsystem angesichts unserer Umlaufbahn um einen einzelnen Stern sehr fremd, in Wirklichkeit sind solche Systeme aber genauso gewöhnlich wie einzelne Sterne.

„Es ist nicht klar, wie der Planet in diesem extremen System auf seine weite Umlaufbahn gelangte, und wir können noch nicht sagen, was das für unser weiteres Verständnis solcher Arten von Planetensystemen bedeutet, aber es zeigt, dass die Vielfalt da draußen doch größer ist, als man es bisher für möglich gehalten hat“, schließt Kevin Wagner abschließend. „Was wir wissen ist, dass Planeten in Mehrfachsystem zwar deutlich seltener untersucht wurden, möglicherweise aber genauso häufig vorkommen wie Planeten in Einzelsternsystemen.“

Quelle

ESO - Europäische Südsternwarte
Die "Europäische Organisation für astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre" oder auch kurz "Europäische Südsternwarte" ist ein Forschungsinstitut mit verschiedenen Observatorien.

Webseite: https://www.eso.org

Künstlerische Darstellung des Planeten im HD 131399-System Künstlerische Darstellung des Planeten im HD 131399-System
Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie das Dreifachsternsystem HD 131399 aus der Nähe des Gasriesen aussehen könnte. Der Planet trägt den Namen HD 131399Ab und erscheint in der linken unteren Hälfte des Bildes. HD 131399Ab befindet sich etwa 320 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Zentaur (lat. Centaurus) und ist etwa 16 Millionen Jahre alt. Damit ist er auch einer der jüngsten bisher entdeckten Planeten und einer der wenigen, die direkt abgebildet werden konnten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kältesten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten.
© ESO / L. Calçada
Künstlerische Darstellung des Planeten im HD 131399-System
Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie das Dreifachsternsystem HD 131399 aus der Nähe des Gasriesen aussehen könnte. Der Planet trägt den Namen HD 131399Ab und erscheint in der linken unteren Hälfte des Bildes. HD 131399Ab befindet sich etwa 320 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Zentaur (lat. Centaurus) und ist etwa 16 Millionen Jahre alt. Damit ist er auch einer der jüngsten bisher entdeckten Planeten und einer der wenigen, die direkt abgebildet werden konnten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kältesten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten.
© ESO / L. Calçada
Die Umlaufbahn des Planeten und der Sterne im HD 131399-System
Diese Grafik zeigt die Umlaufbahn des Planeten im HD 131399-System (rote Linie) und die Umlaufbahnen der Sterne (blaue Linien). Der Planet umkreist den hellsten Stern im System, HD 131399A.
© ESO
Die Himmelsregion um das Dreifachsternsystem HD 131399
Diese Weitwinkelaufnahme zeigt einen Teil des Sternbilds Zentaur (lat. Centaurus), zentriert auf die Position des Dreifachsterns HD 131399. Erstellt wurde es aus Bildern des Digitized Sky Survey 2. HD 131399 selbst erscheint als Stern mittlerer Helligkeit genau in der Mitte des Bildes.
© ESO / Digitized Sky Survey 2
SPHERE-Beobachtungen des Planeten HD 131399Ab
Diese beschriftete, zusammengesetzte Aufnahme zeigt den neu entdeckten Exoplaneten HD 131399Ab im Dreifachsternsystem HD 131399. Das Bild des Planeten wurde mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile aufgenommen. Hierbei handelt es sich sowohl um den ersten mit SPHERE entdeckten Exoplaneten, als auch um einen der wenigen direkt abgebildeten Planeten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kältesten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten. Dieses Bild wurde aus zwei einzelnen SPHERE-Bildern erstellt. Eines wurde aufgenommen, um die drei Sterne abzubilden und das andere, um den lichtschwachen Planeten zu entdecken. Der Planet erscheint in diesem Bild um einiges heller, als er im Vergleich zu den Sternen in Wirklichkeit wäre.
© ESO / K. Wagner et al.
SPHERE-Beobachtungen des Planeten HD 131399Ab
Diese zusammengesetzte Aufnahme zeigt den neu entdeckten Exoplaneten HD 131399Ab im Dreifachsternsystem HD 131399. Das Bild des Planeten wurden mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile aufgenommen. Hierbei handelt es sich sowohl um den ersten mit SPHERE entdeckten Exoplaneten, als auch um einen der wenigen direkt abgebildeten Planeten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kältesten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten. Dieses Bild wurde aus zwei einzelnen SPHERE-Bildern erstellt. Eines wurde aufgenommen, um die drei Sterne abzubilden und das andere, um den lichtschwachen Planeten zu entdecken. Der Planet erscheint in diesem Bild um einiges heller, als er im Vergleich zu den Sternen in Wirklichkeit wäre.
© ESO / K. Wagner et al.

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