Ferne Welten unter vielen Sonnen

Ist unsere Erde der einzige bewohnte Planet im Universum? Oder gibt es irgendwo da draußen vielleicht noch weitere lebensfreundliche Orte – und wenn ja, wie könnten sie aussehen?

Um diese fundamentalen Fragen zu beantworten, suchen Wissenschaftler den Himmel nach Exoplaneten ab – fernen Welten, die außerhalb unseres Sonnensystems um andere Sterne kreisen. Über 4.000 Exoplaneten sind bisher bekannt, die meisten im Orbit um Einzelsterne wie unsere Sonne.

Nun sind vom Jenaer Astrophysiker Dr. Markus Mugrauer zahlreiche neue Mehrfachsternsysteme entdeckt und charakterisiert worden, in denen Exoplaneten vorkommen. Die Funde bestätigen Annahmen, wonach das Vorhandensein mehrerer Sterne den Entstehungs- und Entwicklungsprozess von Planeten beeinflusst.

Die Studie von Dr. Markus Mugrauer vom Astrophysikalischen Institut und Universitäts-Sternwarte der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist heute im renommierten Fachmagazin „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ erschienen.

Weltraumteleskop liefert präzise Daten

„Mehrfachsternsysteme kommen in unserer Milchstraße sehr häufig vor“, erklärt Dr. Markus Mugrauer. „Wenn solche Systeme Planeten besitzen, so sind sie für die Astrophysik von besonderem Interesse, weil sich die Planetensysteme darin fundamental von unserem Sonnensystem unterscheiden können.“

Um mehr über diese Unterschiede zu erfahren, suchte der Jenaer Astrophysiker mehr als 1.300 bekannte Sterne, bei denen Exoplaneten gefunden wurden, nach Begleitsternen ab. Dabei griff er auf die präzisen Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Gaia zurück, das von der Europäischen Weltraumagentur ESA betrieben wird.

Auf diese Weise gelang es ihm, bei Planetenmuttersternen mit bis zu 1.600 Lichtjahren Abstand zur Sonne insgesamt rund 200 Begleitsterne nachzuweisen. Mithilfe der Daten konnte Mugrauer die entdeckten Begleitsterne und ihre Systeme zudem näher beschreiben: Es existieren sowohl enge Systeme mit Abständen von nur 20 Astronomischen Einheiten (AE) – was in unserem Sonnensystem in etwa der Distanz zwischen Sonne und Uranus entspricht – als auch Systeme, deren Sterne über 9.000 AE voneinander entfernt liegen.

Rote und Weiße Zwerge

Unterschiedlich beschaffen sind die Begleitsterne auch hinsichtlich ihrer Massen, Temperaturen und Entwicklungsstadien. Die schwersten von ihnen wiegen das 1,4-fache unserer Sonne, die leichtesten verfügen hingegen nur über acht Prozent der Sonnenmasse. Bei den meisten Begleitsternen handelt es sich um massearme, kühle und schwach rötlich leuchtende Zwergsterne.

Unter den leuchtschwachen Objekten wurden aber auch acht Weiße Zwerge identifiziert. Als Weißen Zwerg bezeichnet man den ausgebrannten Kern eines sonnenähnlichen Sterns, der zwar nur ungefähr so groß wie unsere Erde, dafür aber halb so schwer ist wie unsere Sonne. Diese Beobachtungen zeigen, dass Exoplaneten die finale Entwicklungsphase eines nahen sonnenähnlichen Sterns durchaus überleben können.

Doppel-, Dreifach- und Vierfachsternsysteme mit Exoplaneten

Bei der Mehrzahl der in der Studie nachgewiesenen Sternsysteme mit Exoplaneten handelt es sich um Doppelsterne. Es konnten aber auch rund zwei Dutzend hierarchische Dreifachstern- und sogar ein Vierfachsternsystem detektiert werden.

Im untersuchten Abstandsbereich zwischen ca. 20 und 10.000 AE verfügen insgesamt 15 Prozent der untersuchten Sterne über mindestens einen Begleitstern. Diese Häufigkeit ist nur etwa halb so groß, wie sie bei sonnenähnlichen Sternen im Allgemeinen erwartet wird. Zudem weisen die detektierten Begleitsterne einen ca. fünfmal größeren Abstand auf als gewöhnliche Systeme.

„Beides zusammen könnte darauf hinweisen, dass der Einfluss mehrerer Sterne in einem Sternsystem den Entstehungsprozess von Planeten sowie die weitere Entwicklung ihrer Umlaufbahnen stört“, so Mugrauer.

Ursache dafür sei zunächst die gravitative Wechselwirkung der Begleitsterne auf die Gas- und Staubscheiben, in denen Planeten entstehen. Später stören dann die Begleitsterne durch ihr Schwerefeld die Bewegung der Planeten um ihre Muttersterne herum.

Markus Mugrauer möchte das Projekt fortführen. Auch künftig soll die sogenannte Multiplizität neu entdeckter Planetenmuttersterne mit den Daten der Gaia-Mission untersucht und detektierte Begleitsterne genau charakterisiert werden.

„Zudem werden wir die Resultate mit den Ergebnissen einer internationalen Beobachtungskampagne kombinieren, die wir aktuell zum selben Thema am Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte in Chile durchführen“, ergänzt der Jenaer Experte. „Damit können wir dann den genauen Einfluss der stellaren Multiplizität auf die Entstehung und Entwicklung von Planeten untersuchen.“

Dr. Markus Mugrauer
Astrophysikalisches Institut und Universitäts-Sternwarte
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Schillergässchen 2, 07745 Jena
Tel.: 03641 947514
E-Mail: markus[at]astro.uni-jena.de

Mugrauer, Markus: Search for stellar companions of exoplanet host stars by exploring the second ESA-Gaia data release. MNRAS, Vol. 490, Issue 4, Dec. 2019, p. 5088-5192.
doi.org/10.1093/mnras/stz2673

https://academic.oup.com/mnras/article/490/4/5088/5622591?searchresult=1