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DIREKTE BEOBACHTUNG
Exoplanet um sonnenähnlichen Stern
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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5. August 2013

Astronomen ist es mithilfe des Subaru-Teleskops auf Hawaii gelungen, den fernen jupiterähnlichen Planeten GJ 504b direkt zu beobachten. Bei der jetzt vorgestellten Aufnahme handelt es sich um das erste Bild eines Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. GJ 504b ist zudem der bislang kälteste und wahrscheinlich auch der bislang masseärmste direkt abgebildete Exoplanet.

GJ 504b

Nahinfrarot-Falschfarbenbild des jupiterähnlichen Planeten GJ 504b um den sonnenähnlichen Stern GJ 504. Der Stern befindet sich in der Bildmitte und sein Licht wurde unterdrückt. Bild: NAOJ

Bislang wissen die Astronomen von der Existenz von mehr als 900 extrasolaren Planeten, also von Planeten, die andere Sterne umkreisen als unsere Sonne. Fast alle diese auch kurz Exoplaneten genannten Objekte konnten nur indirekt nachgewiesen werden: entweder durch ihre Gravitationswirkung auf ihre Zentralsterne oder weil sie bei einem sogenannten Transit regelmäßig einen winzigen Bruchteil des Sternenlichts verdecken.

Würde ein hypothetischer außerirdischer Astronom mit einer dieser indirekten Methoden unser eigenes Sonnensystem untersuchen, dürften ihm allerdings einige wichtige Eigenschaften unserer Heimat im Kosmos entgehen. Insbesondere würde er kaum etwas über die langsamen äußeren Planeten des Sonnensystems herausfinden.

Aus diesem Grund müssen auch irdische Astronomen auf zusätzliche Methoden zurückgreifen, wenn sie um andere Sterne Planetensysteme ähnlich unserem eigenen untersuchen wollen. Eine wichtige Rolle spielen dabei direkte Abbildungen der Planeten solcher Systeme. Aus diesen lassen sich auch Informationen über die Temperatur und einige Atmosphäreneigenschaften der beobachteten Planeten ableiten. Würde es gelingen, ein direktes Exoplaneten-Spektrum aufzunehmen, bekäme man sogar Informationen über die genauere chemische Zusammensetzung der Atmosphäre.

Aus diesem Grunde sind Astronomen sehr daran interessiert, direkte Abbildungsverfahren für Exoplaneten weiterzuentwickeln - als wichtiges Werkzeug für den Nachweis und die Untersuchung ferner Planetensysteme, die unserem eigenen Sonnensystem ähneln. Exoplaneten direkt abzubilden ist allerdings sehr schwierig. Sterne sind ungleich heller als ihre Planeten, das typische Helligkeitsverhältnis liegt bei eins zu einer Milliarde oder mehr. Bei herkömmlichen Beobachtungsmethoden wird also ein Planet schlichtweg von seinem Heimatstern überstrahlt.

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Nur mit ausgefeilten technischen Tricks gelingt es überhaupt, die Planeten auf solchen Abbildungen sichtbar zu machen. Dazu gehören Verfahren, mit denen das Licht des Sterns mechanisch ausgeblendet wird (Koronografie) ebenso wie Analyseverfahren, die mehrere Bilder des untersuchten Planetensystems in gerade der richtigen Weise kombinieren, um Bildstörungen zu unterdrücken.

Nun ist es einer Astronomengruppe um Motohide Tamura vom japanisches Nationalobservatorium (NAOJ) und der Universität Tokio, zu der auch mehrere Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg gehören, gelungen, der Charakterisierung ferner Planetensysteme, die unserem eigenen ähneln, einen wichtigen Schritt näher zu kommen. Mit dem Subaru-Teleskop auf Hawaii konnten die Forscher Infrarotbilder des jupiterähnlichen Planeten GJ 504 b gewinnen.

Der Stern GJ 504, der von dem Planeten umkreist wird, liegt rund 60 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Jungfrau. Der Abstand von GJ 504 b zu seinem Stern beträgt das 44-fache des mittleren Abstands der Erde von der Sonne. In unserem Sonnensystem entspräche das grob dem Abstand des Neptun von der Sonne. Bei den jetzt vorgestellten Beobachtungen handelt es sich um die erste Abbildung eine Exoplaneten, der einen sonnenartigen Stern umkreist. Bisherige Planetenabbildungen waren nur um leuchtkräftigere Sterne gelungen. Deren Planeten sind im Mittel deutlich massereicher und heißer und damit einfacher aufzunehmen.

Abschätzungen der Masse von GJ 504 b beruhen auf Modellierungen des Abkühlungsprozesses des Planeten seit seiner Entstehung. Sie hängen daher vom Alter des Sterns und seiner Planeten ab. Die meisten der beteiligten Forscher favorisieren für den Planeten ein Modell, das eine Masse von rund der dreifachen Masse des Jupiter ergibt. Damit wäre GJ 504b auch der masseärmste aller bis jetzt abgebildeten Exoplaneten.

Den Messungen nach ist GJ 504 b auf alle Fälle der kälteste bislang abgebildete Planet. Da kältere Objekte mit Infrarotbildern schwieriger zu erfassen sind als heißere, ist dies ein wichtiger Schritt hin zur Abbildung von kühlen Objekten wie erdähnlichen oder noch kühleren Planeten in einem fernen Planetensystem.

Die Entdeckung gelang im Rahmen des SEEDS-Projekts. SEEDS steht für "Strategic Explorations of Exoplanets and Disks", was auf Deutsch etwa "Systematische Erkundungen von Exoplaneten und Scheiben" bedeutet. Das SEEDS-Beobachtungsprogramm befindet sich derzeit gerade bei der Hälfte seiner Laufzeit. Bereits in dieser ersten Hälfte hat es beeindruckende Bilder zum einen von Exoplaneten geliefert, zum anderen von den Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben und aus denen die Planeten dieser Sterne entstehen.

Das Max-Planck-Institut für Astronomie ist eines der Gründungsmitglieder der SEEDS-Durchmusterung. "Wissenschaftler der Abteilung Stern- und Planetenentstehung des MPIA verfügen über einen großen Erfahrungsschatz in punkto Beobachtungsstrategien, Bildbearbeitung der für die Direktabbildungen nötigen Hochkontrastaufnahmen und Modellierung der physikalischen Eigenschaften von Exoplaneten", so MPIA-Direktor Thomas Henning. "Daher waren wir ein naheliegender Partner für das SEEDS-Projekt – und wir freuen uns sehr, dass das Projekt in den letzten Jahren so gute Fortschritte gemacht hat!"

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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
Max-Planck-Institut für Astronomie
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