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CHANDRA & XMM
Planetentransit im Röntgenlicht beobachtet
von Stefan Deiters
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30. Juli 2013

Astronomen ist es erstmals gelungen, den Transit eines extrasolaren Planeten im Röntgenbereich zu beobachten. Die Weltraumteleskope Chandra und XMM-Newton konnten verfolgen, wie die Röntgenabstrahlung des Sterns HD 189733 kurzzeitig zurückging, als ein heißer Jupiter vor der Scheibe des Sterns vorüberzog. Von den Beobachtungen erhoffen sich die Forscher neue Informationen über die ferne Welt.

HD 189733b

Der Planet HD 189733b vor seinem Zentralstern in einer künstlerischen Darstellung. Oben rechts die Röntgenbeobachtungen von Chandra: Zu sehen sind HD 189733 (Mitte) und unten rechts sein stellarer Begleiter. Die Quelle unten gehört nicht zum System. Bild: NASA / CXC / SAO / K. Poppenhaeger et al. (Chandra),  NASA / CXC / M. Weiss (Illustration) [Großansicht]

Extrasolare Planeten kennt man schon seit vielen Jahren und seit der erfolgreichen Mission des Weltraumteleskops Kepler sind auch unzählige Transits von fernen Welten vor ihrer Sonne bekannt. Bei einem Transit wandert der Planet - von der Erde aus betrachtet - direkt vor seinem Stern vorüber und sorgt dadurch für einen kurzzeitigen Rückgang von dessen Helligkeit. Bislang wurden solche Transits nur im sichtbaren Bereich des Lichts beobachtet. Nun ist Astronomen dies erstmals auch im Röntgenbereich gelungen.

Den beiden Röntgen-Weltraumteleskopen Chandra der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und XMM-Newton der europäischen Weltraumagentur ESA gelangen jetzt entsprechende Beobachtungen beim Planeten HD 189733b. Zu sehen war, wie die Intensität der Röntgenstrahlung des Sterns ein wenig zurückging, als der Planet vor dem Stern vorüberzog.

HD 189733b ist nur 63 Lichtjahre von der Erde entfernt und damit der uns am nächsten gelegene extrasolare Planet, bei dem sich ein Transit beobachten lässt. Die ferne Welt war daher schon wiederholt Ziel von Beobachtungskampagnen (astronews.com berichtete). Erst Mitte dieses Monats wurde eine auf Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble basierende Analyse über die Farbe des Planeten veröffentlicht.

"Die Transits von Tausenden von Planetenkandidaten wurden schon im sichtbaren Bereich des Lichts beobachtet", so Katja Poppenhaeger vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im amerikanischen Cambridge, die die Untersuchung leitete. "Jetzt einen Transit auch im Röntgenbereich untersuchen zu können ist wichtig, weil man auf diese Weise neue Informationen über den Exoplaneten erhält." Mit Chandra wurden insgesamt sechs Transits beobachtet, mit XMM-Newton einer.

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HD 189733b ist ein sogenannter heißer Jupiter. Er dürfte also von Größe und Zusammensetzung dem Gasriesen Jupiter in unserem Sonnensystem ähneln, befindet sich jedoch in einer sehr engen Umlaufbahn um seine Sonne. HD 189733b ist seinem Stern rund zwanzig Mal näher als die Erde der Sonne. Für einen Umlauf benötigt HD 189733b 2,2 Tage.

Die Röntgenbeobachtungen liefern nun neue Hinweise auf die Ausdehnung der Atmosphäre des Planeten. Die Wissenschaftler konnte nämlich feststellen, dass der Rückgang der Helligkeit im Röntgenbereich während des Transits etwa drei Mal stärker war als der im sichtbaren Bereich des Lichts. "Die Röntgendaten deuten darauf hin, dass es eine äußere Atmosphärenschicht des Planeten gibt, die für Licht durchsichtig ist, aber nicht für Röntgenstrahlen", erklärt Teammitglied Jürgen Schmitt von der Hamburger Sternwarte. "Wir benötigen allerdings noch mehr Daten, um wirklich sicher sein zu können."

Außerdem interessierten sich die Astronomen für die Wechselwirkungen zwischen Stern und Planet: So sollte intensive Strahlung des nahen Sterns die Atmosphäre von HD 189733b allmählich verdampfen. Die Wissenschaftler schätzen, dass dem Planeten auf diese Weise in jeder Sekunde zwischen 100 Millionen und 600 Millionen Kilogramm an Masse verlorengehen.

Die Atmosphäre scheint sich um 25 bis 65 Prozent schneller aufzulösen, als es mit einer kompakteren Atmosphäre zu erwarten gewesen wäre. "Die ausgedehnte Atmosphäre bietet der hochenergetischen Strahlung des Sterns eine größere Angriffsfläche, dadurch verdampft mehr", erklärt Teammitglied Scott Wolk vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Der Zentralstern HD 189733 verfügt noch über einen stellaren Begleiter, der mit Chandra erstmals im Röntgenbereich beobachtet werden konnte. Beide Sterne dürften etwa zur gleichen Zeit entstanden sein, doch wirkt HD 189733 etwa drei bis dreieinhalb Milliarden Jahre jünger als sein Geschwisterstern: Er rotiert schneller, ist magnetisch deutlich aktiver und hat eine 30-fach höhere Röntgenhelligkeit.

"Dieser Stern verhält sich nicht seinem Alter entsprechend", urteilt auch Poppenhaeger. "Eine Erklärung dafür könnte der große Planet in unmittelbarer Nähe sein. Es wäre möglich, dass der heiße Jupiter durch seine Gezeitenkräfte die Rotation und magnetische Aktivität des Sterns auf einem höheren Niveau hält, so dass sich der Stern wie ein deutlich jüngerer Stern gibt."

Die Astronomen berichten über ihre Beobachtungen in einem Fachartikel in der Zeitschrift The Astrophysical Journal, der Mitte August erscheinen wird.  

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Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Chandra, Seite der NASA
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