Größte Planetenfamilie entdeckt – Bis zu sieben Planeten umlaufen einen sonnenähnlichen Stern

Betrachtet man die Anzahl der Planeten, wäre das Planetensystem um HD 10180 mit seinen sieben Planeten unserem Sonnensystem mit seinen acht Planeten sehr ähnlich. Die Wissenschaftler haben außerdem Hinweise darauf gefunden, dass die Entfernungen der Planeten einem regelmäßigen Schema folgen, ähnlich wie es in unserem Sonnensystem der Fall ist.

“Was wir entdeckt haben, ist höchstwahrscheinlich das Planetensystem mit den meisten bislang bekannten Planeten”, erläutert Christophe Lovis, der Erstautor des Fachartikels, in dem Entdeckung beschrieben wird. “Dieser bemerkenswerte Fund macht deutlich, dass wir inzwischen in einer neuen Ära der Exoplanetenforschung angekommen sind: Es geht nicht mehr nur um einzelne Planeten, sondern um ganze Planetensysteme, deren Untersuchung viel komplizierter ist. Die Bewegungen der Planeten in dem neu entdeckten System zeigen, dass es komplexe, schwerkraftbedingte Wechselwirkungen gibt und gewähren uns damit einen Einblick darauf, wie sich dieses Planetensystem langfristig entwickeln wird.”

Das Astronomenteam nutzte für seine sechsjährige Studie des sonnenähnlichen Sterns HD 10180 den HARPS-Spektrografen am 3,6m-Teleskop der ESO auf La Silla in Chile. HD 10180 befindet sich in einer Entfernung von 127 Lichtjahren im Sternbild Hydrus (die kleine Wasserschlange) am Südhimmel. HARPS ist ein hochpräzises Instrument, das unschlagbar stabile Messwerte liefert, und daher der weltweit erfolgreichste Exoplanetenjäger.

Mithilfe von insgesamt 190 einzelnen Messungen mit HARPS konnten die Astronomen die winzigen Bewegungen des Sterns vor und zurück nachweisen, die von den komplexen Anziehungskräften von mindestens fünf Planeten verursacht werden. Die fünf stärksten Signaturen entsprechen Planeten mit Massen zwischen 13 und 25 Erdmassen, also ähnlich der Masse des Neptun [1]. Diese Planeten befinden sich in einer Entfernung zum Stern, die zwischen dem 0,06- und dem 1,4fachen des Abstands Erde-Sonne liegt. Ihre Umlaufszeiten um den Stern betragen zwischen 6 und 600 Tagen.

“Wir haben gute Gründe zu der Annahme, dass zwei weitere Planeten existieren”, ergänzt Lovis. Der eine wäre ein saturnähnlicher Planet, der mindestens 65 Erdmassen hat und 2200 Tage für einen Umlauf um den Stern benötigt. Der andere wäre mit 1,4 Erdmassen der leichteste bislang entdeckte Exoplanet. Er befände sich sehr nah an seinem Mutterstern, sein Abstand zum Stern läge bei nur 2% des Abstands Erde-Sonne. Ein “Jahr” würde daher auf diesem Planeten nur 1,18 Erdentage dauern.

“Dieses Objekt bewirkt bei dem Stern eine Wackelbewegung von gerade mal 3 km/h – langsamer also als ein Fussgänger. Das ist nur sehr schwer nachweisbar”, erklärt Teammitglied Damien Ségransan. Wenn sich seine Entdeckung bestätigt, wäre der Planet ein weiteres Beispiel für einen heißen Gesteinsplaneten ähnlich wie CoRoT-7b (eso0933).

Das neuentdeckte Planetensystem um HD 10180 ist in mehrerer Hinsicht einzigartig. Zunächst ist es – verglichen mit unserem Sonnensystem – in seinen innersten Bereichen mit seinen mindestens fünf neptunartigen Planeten deutlich dichter bevölkert, und das außerdem mit viel massereicheren Planeten [2]. Hinzu kommt, dass es in dem Planetensystem wahrscheinlich keinen großen Gasriesen wie Jupiter gibt. Alle Planeten scheinen außerdem nahezu kreisförmige Umlaufbahnen zu haben.

Inzwischen kennen die Astronomen fünfzehn Planetensysteme mit mindestens drei Planeten. Als Rekordhalter galt bislang der Stern 55 Cancri mit fünf Planeten, von denen zwei große Gasriesen sind. “Systeme mit leichteren Planeten wie die um HD 10180 scheinen recht häufig vorzukommen, aber wie sie entstehen ist bislang unbekannt”, ergänzt Lovis.

Mithilfe des neu entdeckten Systems um HD 10180, ergänzt um Daten von anderen Exoplanetensystemen, konnten die Astronomen eine Formel ableiten, nach der die Abstände der Planeten von ihrem Stern ein regelmäßiges Schema bilden. In unserem Sonnensystem wird ein solches Muster von der sogenannten Titius-Bodeschen Regel beschrieben [3]. “Das könnte ein Hinweis auf den Entstehungsprozess solcher Planetensysteme sein”, ergänzt Teammitglied Michel Mayor.

Ein weiteres wichtiges Ergebnis der Untersuchung dieser Planetensysteme ist, dass es eine Beziehung zwischen der Gesamtmasse des Planetensystems und der Masse und der chemischen Zusammensetzung des Muttersterns gibt. Alle massereichen Planetensysteme befinden sich bei massereichen und metallreichen Sternen, während die vier leichtesten Planetensysteme bei masseärmeren und metallarmen Sternen gefunden wurden [4]. Dieser Fund bestätigt die derzeit gängigen theoretischen Modelle.

Die Entdeckung des HD 10180 Systems wurde heute auf der internationalen Fachkonferenz “Detection and dynamics of transiting exoplanets” am französischen Observatoire de Haute-Provence verkündet.

Endnoten:

[1] Mithilfe dieser sogenannten Radialgeschwindigkeitsmethode können die Astronomen nur eine Untergrenze für die Masse eines Planeten angeben. Seine tatsächliche Masse hängt außerdem von der Neigung der Bahnebene gegen die Sehlinie ab, die meistens unbekannt ist. Vom statistischen Standpunkt aus gesehen liegt die Massenuntergrenze aber häufig nahe bei der tatsächlichen Masse des Planeten.
[2] Die Planeten in den inneren Bereichen des HD 10180 Systems haben durchschnittlich die 20-fache Masse der Erde. Die inneren Planeten unseres Sonnensystems (Merkur, Venus, Erde und Mars) haben durchschnittlich etwa die halbe Erdmasse.
[3] Die Titius-Bodesche Regel beschreibt eine einfache Abstandsregel für die Planeten in unserem Sonnensystem. Für die äußeren Planeten gilt dabei, dass jeder Planet etwa doppelt so weit von der Sonne entfernt ist wie der vorherige. Die Titius-Bodesche Regel konnte die Umlaufbahnen des Uranus und des Zwergplaneten Ceres korrekt vorhersagen, scheiterte aber beim Abstand des Neptun.

[4] In der Astronomie fasst man unter dem Begriff “Metall” alle Elemente schwerer als Wasserstoff und Helium zusammen. Mit Ausnahme einiger weniger leichter Elemente wurden die Metalle allesamt im Inneren von Sternen erzeugt. Gesteinsplaneten bestehen aus diesen “Metallen”.

Weitere Informationen

Die in dieser ESO-Pressemitteilung vorgestellten Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel “The HARPS search for southern extra-solar planets. XXV. Up to seven planets orbiting HD 10180: probing the architecture of low-mass planetary systems” von C. Lovis et al. bei der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics eingereicht.

Die beteiligten Wissenschaftler sind C. Lovis, D. Ségransan, M. Mayor, S. Udry, F. Pepe und D. Queloz (Observatoire de Genève, Universität Genf, Schweiz), W. Benz (Universität Bern, Schweiz), F. Bouchy (Institut d’Astrophysique de Paris, Frankreich), C. Mordasini (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), N. C. Santos (Universidade do Porto, Portugal), J. Laskar (Observatoire de Paris, Frankreich), A. Correia (Universidade de Aveiro, Portugal), J.-L. Bertaux (Université Versailles Saint-Quentin, Frankreich) and G. Lo Curto (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 14 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. 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 Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts, sowie VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO das European Extremely Large Telescope (E-ELT) für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, mit 42 Metern Spiegeldurchmesser ein Großteleskop der Extraklasse.

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-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

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