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Deutlich mehr Gasplaneten in Sternhaufen als erwartet

20.06.2016

Ein internationales Astronomenteam hat herausgefunden, dass es deutlich mehr Planeten vom Typ "heißer Jupiter" in einem Sternhaufen namens Messier 67 gibt, als bisher angenommen. Zu diesem überraschenden Ergebnis kamen die Astronomen mit Hilfe mehrerer Teleskope und Instrumente, darunter auch der HARPS-Spektrograf am La Silla-Observatorium der ESO in Chile. Durch die dichtere Umgebung in einem Sternhaufen finden häufiger Wechselwirkungen zwischen Planeten und nahen Sternen statt, was die ungewöhnlich hohe Zahl an heißen Jupitern erklären würde.

Ein Astronomenteam aus Chile, Brasilien und Europa unter der Leitung von Roberto Saglia vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und Luca Pasquini von der ESO hat mehrere Jahre damit verbracht, Hochpräzissionsmessungen von 88 Sternen in Messier 67 zu sammeln [1]. Dieser offene Sternhaufen hat in etwas dasselbe Alter wie die Sonne und man geht davon aus, dass die Sonne in einer ähnlich dichten Umgebung entstanden ist [2].


Diese künstlerische Darstellung zeigt einen heißen Jupiter, der einen der Sterne im sternreichen alten Sternhaufen Messier 67 im Sternbild Krebs umkreist. Astronomen haben deutlich mehr Planeten wie diesen in dem Sternhaufen gefunden als erwartet. Dieses überraschende Ergebnis konnte mit einer Reihe von Teleskopen und Instrumenten erreicht werden, u.a. dem HARPS-Spektrografen am La Silla-Observatorium der ESO in Chile. Die dichtere Umgebung in einem Sternhaufen führt zu häufigeren Wechselwirkungen zwischen Planeten und nahen Sternen, was die hohe Zahl an heißen Jupitern erklären könnte.

Herkunftsnachweis: ESO/L. Calçada

Mit HARPS und weiteren Instrumenten [3] suchte das Team nach Spuren von Gasplaneten mit kurzer Umlaufdauer, in der Hoffnung das verräterische Taumeln von Sternen zu sehen, das durch die Anwesenheit massereicher Objekte in nahen Umlaufbahnen verursacht wird, die auch als heiße Jupiter bezeichnet werden. Neben früheren Hinweisen auf mehrere andere Planeten sind nun Nachweise heißer Jupiter für insgesamt drei Sterne im Sternhaufen gelungen.

Ein heißer Jupiter ist ein sehr großer Exoplanet, der eine Masse von mehr als etwa einem Drittel der Jupitermasse besitzt. Als „heiß“ werden sie bezeichnet, da sie ihren Mutterstern in unmittelbarer Nähe umkreisen, wie man aus deren Umlaufdauer (also ihrem „Jahr“) ableiten kann, die weniger als zehn Tage beträgt. Verglichen mit dem Jupiter, den wir aus unserem Sonnensystem kennen, ist das ein großer Unterschied,  da ein Jupiterjahr etwa 12 Erdjahre beträgt und es auf Jupiter deutlich kälter ist als auf der Erde [4].

Wir wollten einen offenen Sternhaufen als Laboratorium verwenden, um die Eigenschaften von Exoplaneten und die Theorien zur Planetenentstehung zu untersuchen“, erläutert Roberto Saglia. „Hier haben wir nicht nur viele Sterne, die möglicherweise einen Planeten beherbergen, sondern auch eine dichte Umgebung, in der sie sich gebildet haben müssen.

Die Untersuchung ergab, dass heiße Jupiter um Sterne in Messier 67 häufiger vorkommen, als es für Sterne außerhalb des Sternhaufens der Fall ist. „Dies ist wirklich ein verblüffendes Resultat,“ staunt Anna Brucalassi, die für die Auswertung verantwortlich war. „Die neuen Ergebnisse bedeuten, dass es um ungefähr 5% der Sterne in Messier 67, die untersucht wurden, einen heißen Jupiter gibt — deutlich mehr als bei vergleichbaren Untersuchen von Sternen, die nicht Teil des Sternhaufens sind, wo die Rate eher 1% beträgt.“

Astronomen gehen davon aus, dass es höchst unwahrscheinlich ist, dass diese exotischen Riesen tatsächlich dort entstanden sind, wo wir sie heute finden, da die anfänglichen Gegebenheiten in einer so geringen Entfernung zum Mutterstern für die Entstehung von jupiterähnlichen Planeten nicht geeignet gewesen wären. Man nimmt eher an, dass sie weiter außen entstanden sind, wie es auch bei Jupiter vermutlich der Fall war, und dann mit der Zeit weiter nach innen in Richtung ihres Muttersterns gewandert sind. Waren sie zunächst noch weit vom Stern entfernt und kalt, ist ihre Oberflächentemperatur nun um einiges heißer. Die Frage ist dann: Was ist die Ursache dafür, dass sie nach innen in Richtung des Sterns gewandert sind?

Für diese Frage gibt es eine Reihe möglicher Antworten, aber die Autoren schlussfolgern, dass es sich hierbei um die Auswirkungen naher Begegnungen mit benachbarten Sternen handelt oder sogar mit Planeten in benachbarten Sonnensystem und dass das unmittelbare Umfeld um ein Sonnensystem einen bedeutenden Einfluss darauf haben kann, wie es sich entwickelt.

In einem Sternhaufen wie Messier 67, in dem sich die Sterne untereinander deutlich näher sind als im Durchschnitt, sind solche Begegnungen um einiges häufiger, was erklären würde, warum dort mehr heiße Jupiter gefunden wurden.

Koautor Luca Pasquini von der ESO, der die Gruppe mit leitet, blickt zurück auf die letzten Jahre, in denen sich in der Erforschung von Planeten in Sternhaufen bemerkenswert viel getan hat: „Noch vor wenigen Jahren war kein einziger heißer Jupiter in offenen Sternhaufen bekannt. In drei Jahren hat sich das Denkmuster stark verändert – von einem vollständigen Nichtvorhandensein hin zu einem Überschuss solcher Planeten!“

Endnoten

[1] Bei 88 der ursprünglich untersuchten Sterne fand man heraus, dass es sich um Doppelsterne handelt oder sie aus anderen Gründen für diese Untersuchung nicht geeignet sind. Der neue Fachartikel konzentriert sich auf eine Untergruppe von 66 Sternen.

[2] Obwohl der Sternhaufen Messier 67 im Moment noch zusammenhält, hat sich der Sternhaufen, der einst die Sonne in ihrer Anfangsphase umgab, schon vor langer Zeit aufgelöst, sodass die Sonne am Ende alleine da stand.

[3] Spektren des hochauflösenden Spektrografen am Hobby-Eberly Telescope in Texas, USA, und vom SOPHIE-Spektrografen am Observatoire de Haute Provence in Frankreich wurden ebenfalls verwendet.

[4] 51 Pegasi b, der erste Exoplanet, der um einen sonnenähnlichen Stern entdeckt werden konnte, ist ebenfalls ein heißer Jupiter. Damals war das eine Überraschung, da viele Astronomen angenommen hatten, dass andere Planetensysteme dem Sonnensystem ähnlich sein würden und ihre massreichen Planeten in größerer Entfernung zum Mutterstern haben würden.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse sind Inhalt des Fachartikels „Search for giant planets in M67 III: excess of Hot Jupiters in dense open clusters” von A. Brucalassi et al., der demnächst in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint.

Die beteiligten Wissenschaftler sind: A. Brucalassi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching; Universitätssternwarte München), L. Pasquini (ESO, Garching), R. Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik; Universitäts-Sternwarte München), M.T. Ruiz (Universidad de Chile, Santiago, Chile), P. Bonifacio (GEPI, Observatoire de Paris, CNRS, Univ. Paris Diderot, Meudon, Frankreich), I. Leão (ESO, Garching; Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasilien), B.L. Canto Martins (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasilien), J.R. de Medeiros (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasilien), L. R. Bedin (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italien) , K. Biazzo (INAF-Osservatorio Astronomico di Catania, Italien), C. Melo (ESO, Santiago, Chile), C. Lovis (Observatoire de Geneve, Sauverny, Schweiz) und S. Randich (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florenz, Italien).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson-germany@eso.org

Anna Brucalassi
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3022
E-Mail: abrucala@mpe.mpg.de

Luca Pasquini
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6792
E-Mail: lpasquin@eso.org

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
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Hannelore Hämmerle
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1621.

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