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Ein erstaunlicher Planet mit drei Sonnen

08.07.2016

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.


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.

Herkunftsnachweis: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

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 [1] 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 [2] 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.“

Endnoten

[1] Die drei Komponenten des Dreifachsternsystems werden, in Reihenfolge ihrer abnehmenden Helligkeiten, als HD 131399A, HD 131399B bzw. HD 131399C bezeichnet. Daher ist der Name des Planeten, der den hellsten Stern umkreist, HD 131399Ab.

[2] Für einen Großteil des Planetenjahres würden die Sterne am Himmel nah beieinanderstehen, sodass es eine uns vertraute Tag- und Nachtseite gibt, allerdings jeden Tag mit einem einzigartigen dreifachen Sonnenauf-, bzw. Sonnenuntergang. Während der Planet sich auf seiner Umlaufbahn weiterbewegt, entfernen sich die Sterne jeden Tag etwas weiter, bis der Untergang eines Sterns mit dem Aufgang eines anderen zusammenfällt – an diesem Punkt herrscht für etwa ein Vierteil der Umlaufbahn, das entspricht etwa 140 Erdjahren, auf dem Planeten nur noch Tag.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von K. Wagner et al. erscheinen am 7. Juli 2016 unter dem Titel „Direct Imaging Discovery of a Jovian Exoplanet Within a Triple Star System” in der Online-Ausgabe der Zeitschrift Science.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Kevin Wagner (Steward Observatory, The University of Arizona, Tucson, USA), Dániel Apai (Steward Observatory und Lunar and Planetary Laboratory, The University of Arizona, Tucson, USA), Markus Kasper (ESO, Garching), Kaitlin Kratter (Steward Observatory, The University of Arizona, Tucson, USA), Melissa McClure (ESO, Garching), Massimo Robberto (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA) und Jean-Luc Beuzit (Université Grenoble Alpes, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, Frankreich; Centre National de la Recherche Scientifique, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, Frankreich).

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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Steward Observatory, The University of Arizona
Tucson, USA
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1624.

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