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Der bislang leichteste abgebildete Exoplanet?

03.06.2013
Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Ein Astronomenteam mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg hat mit dem Very Large Telescope der ESO ein Bild eines lichtschwachen Objekts aufgenommen, das sich in der Nähe eines hellen Sterns bewegt.

Mit einer geschätzten Masse von vier bis fünf Jupitermassen wäre es der masseärmste Planet, der bisher außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet wurde. Diese Entdeckung ist ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen.


VLT-Aufnahme des Exoplaneten HD 95086 b
Bild: ESO/J. Rameau

Obwohl mittlerweile fast eintausend extrasolare Planeten indirekt nachgewiesen werden konnten – meist unter Verwendung der Radialgeschwindigkeits- oder der Transitmethode [1] – und noch viele weitere Kandidaten darauf warten bestätigt zu werden, wurde bislang nur ein Dutzend Exoplaneten direkt beobachtet. Neun Jahre nachdem mit dem Very Large Telescope der ESO die erste Aufnahme eines Exoplaneten überhaupt gelungen ist, hat dasselbe Wissenschaftlerteam, das damals den planetaren Begleiter des Braunen Zwergs 2M1207 entdeckte, nun das vermutlich bislang leichteste dieser Objekte mit der Kamera eingefangen [2][3].

„Die direkte Abbildung von extrasolaren Planeten ist eine besonders anspruchsvolle Methode, die die allerbesten Instrumente erfordert, entweder bodengebunden oder im Weltall”, erklärt Julien Rameau vom Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble in Frankreich, der Erstautor des Fachartikels, in dem die Entdeckung bekanntgegeben wird. „Nur einige wenige Planeten wurden bislang direkt beobachtet, was jede einzelne Entdeckung zu einem wichtigen Meilenstein auf dem Weg zum Verständnis von Gasplaneten und ihrer Entstehung macht.”

In den neuen Beobachtungen taucht der Planetenkandidat als lichtschwacher, aber deutlich sichtbarer Punkt nahe dem Stern HD 95086 auf. Anschließende Beobachtungen haben dann gezeigt, dass er sich zusammen mit dem Stern langsam über den Himmel bewegt. Das wiederum legt die Vermutung nahe, dass dieses Objekt, das die Bezeichnung HD 95086b erhalten hat, sich auf einer Umlaufbahn um den Stern befindet. Anhand seiner Helligkeit lässt sich seine Masse auf einen Wert von vier bis fünf Jupitermassen eingrenzen.

Das Astronomenteam hat seine Beobachtungen mit NACO durchgeführt, einer Kamera mit adaptiver Optik, die an einem der 8,2-Meter Hauptteleskope des Very Large Telescope (VLT) der ESO montiert ist und die zu großen Teilen in Deutschland entwickelt und gebaut wurde. Dieses Instrument ermöglicht es, die durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre verursachte Unschärfe der Bilder zu beseitigen. Die Beobachtungen wurden im Infrarotbereich unter Verwendung der sogenannten differentiellen IAbbildung durchgeführt, wobei sich der Kontrast zwischen dem Planeten und dem blendend hellen Stern nochmal verbessert.
Der neuentdeckte Planet umläuft den jungen Stern HD 95086 in einer Entfernung, die in etwa dem 56-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne entspricht, bzw. dem doppelten Abstand zwischen Sonne und Neptun. Der Stern selbst ist etwas massereicher als die Sonne und ist von einer Staubscheibe umgeben. Aufgrund dieser Eigenschaften kann man den Stern als idealen Kandidaten für das Beherbergen eines jungen, massereichen Planeten ausmachen. Das System ist etwa 300 Lichtjahre von uns entfernt.

Das junge Alter des Sterns von nur etwa 10 bis 17 Millionen Jahren brachte die Astronomen zu der Erkenntnis, dass der neuentdeckte Planet wahrscheinlich innerhalb der Gas- und Staubscheibe, die den Stern umgibt, entstanden ist. „Seine derzeitige Position wirft Fragen über seine Entstehung auf. Entweder ist er auf seine derzeitige Größe gewachsen, indem er zuerst das Gestein angesammelt hat, das seinen festen Kern bildet, und anschließend langsam das Gas aus der Umgebung angezogen hat, das seine dichte Atmosphäre bildet, oder aber er ist aus einem Gasklumpen entstanden, der sich durch Gravitationsinstabilitäten in der Scheibe ausgebildet hat”, erläutert Anne-Marie Lagrange, ein weiteres Mitglied des Teams. „Wechselwirkungen zwischen dem Planeten und der Scheibe selbst oder mit einem anderen Planeten könnten ebenfalls dafür gesorgt haben, dass sich der Planet von seinem Geburtsort wegbewegt hat.” Die Modellierung dieser Entstehungszenarien des Planeten war die Aufgabe der Heidelberger Wissenschaftler Christoph Mordasini und Hubertus Klahr.

Gaël Chauvin, ein weiteres Mitglied der Gruppe, folgert: „Die Helligkeit des Sterns verleiht HD 95086b eine geschätzte Temperatur von etwa 700 Grad Celsius. Das ist kühl genug für die Existenz von Wasserdampf oder vielleicht sogar Methan in der Atmosphäre. Er wird ein großartiges Objekt für Untersuchungen mit dem in Kürze bereitstehenden SPHERE-Instrument am VLT [4] sein. Vielleicht kann man damit sogar weitere Planeten im Inneren des Systems sichtbar machen – wenn es sie denn gibt.”

Endnoten

[1] Astronomen konnten mittlerweile die Existenz von fast eintausend Planeten um andere Sterne als die Sonne bestätigen. Fast alle wurden mit Hilfe von indirekten Methoden entdeckt, die Auswirkungen des Planeten auf seinen Heimatstern detektieren, zum Beispiel durch Einbrüche in der Helligkeit des Sterns, wenn Planeten von der Erde aus gesehen vor ihm vorbeilaufen (Transitmethode) oder durch das Wackeln des Sterns, das durch die Anziehungskraft der Planeten in der Umlaufbahn auf den Stern ausgeübt wird. Bislang konnte nur gut ein Dutzend Exoplaneten direkt beobachtet werden.

[2] Fomalhaut b könnte eine geringere Masse haben, jedoch scheint seine Helligkeit durch das reflektierte Licht vom umliegenden Staub verunreinigt zu sein. Dies bringt Unsicherheiten in die genaue Bestimmung seiner Masse.

[3] Dieselbe Arbeitsgruppe hat auch den Exoplaneten um den Stern Beta Pectoris (eso1024) und einige andere Exoplaneten beobachtet.

[4] SPHERE ist ein Instrument für adaptive Optik der zweiten Generation, das Ende 2013 am VLT angebracht werden soll.

Zusatzinformationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse von Rameau et al. erscheinen demnächst unter dem Titel „Discovery of a probable 4-5 Jupiter-mass exoplanet to HD95086 by direct-imaging” der in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters.

Die beteiligten Wissenschaftler sind J. Rameau (Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble [IPAG], Frankreich), G. Chauvin (IPAG), A.-M. Lagrange (IPAG), A. Boccaletti (Observatoire de Paris, Frankreich; Universite Pierre et Marie Curie Paris 6 und Universite Denis Diderot Paris 7, Meudon, Frankreich), S. P. Quanz (Institut für Astronomie an der ETH Zurich, Schweiz), M. Bonnefoy (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg [MPIA]), J. H. Girard (ESO, Santiago de Chile), P. Delorme (IPAG), S. Desidera (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), H. Klahr (MPIA), C. Mordasini (MPIA), C. Dumas (ESO, Santiago de Chile), M. Bonavita (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), Tiffany Meshkat (Sterrewacht Leiden, Niederlande), Vanessa Bailey (Univ. of Arizona, USA) und Matthew Kenworthy (Sterrewacht Leiden, Niederlande).
Das Infrarotinstrument NACO besteht aus zwei Komponenten: Die adaptive Optik NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System) wurde von einem französischen Konsortium entwickelt, die Kamera-Spektrograf-Kombination CONICA (COude Near Infrared CAmera) von den Max-Planck-Instituten für Astronomie in Heidelberg und für Extraterrestrische Physik in Garching, jeweils in Zusammenarbeit mit der ESO.

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, 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 betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: 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 der europäische Partner bei den neuartigen Verbundteleskop ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Metern Durchmesser für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird: das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

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.

Kontaktinformationen

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

Hubert Klahr
Max-Planck-Institut für Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: +49 6221 528 255
E-Mail: klahr@mpia.de

Julien Rameau
Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble
France
Tel: +33 476 635 730
E-Mail: julien.rameau@obs.ujf-grenoble.fr

Gaël Chauvin
Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble
France
Tel: +33 476 635 886
E-Mail: gael.chauvin@obs.ujf-grenoble.fr

Anne-Marie Lagrange
Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble
France Tel: + 33 476 514 203
E-Mail: anne-marie.lagrange@obs.ujf-grenoble.fr

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Handy: +49 151 1537 3591
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Dr. Carolin Liefke | ESO Science Outreach Network
Weitere Informationen:
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