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Ein gekipptes extrasolares Planetensystem
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
22. Oktober 2013
Astronomen haben mithilfe von Daten des Weltraumteleskops
Kepler und von Beobachtungen am Keck-Observatorium ein
ungewöhnliches Planetensystem aufgespürt: Die Bahnebene der Planeten um
Kepler-56 ist gegen die Rotationsachse des Sterns geneigt. Die Forscher erhoffen
sich von dem Fund auch neue Erkenntnisse über die mysteriösen Heißen Jupiter.
Schematische
Darstellung des Kepler-56-Systems.
Bild: Daniel Huber, NASA/Ames
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Ein internationales Wissenschaftlerteam unter Leitung des Ames Research
Center der amerikanischen Weltraumbehörde NASA hat erstmals ein
Planetensystem entdeckt, bei dem die Rotationsachse des Zentralsterns gegen die
Bahnachsen seiner Planeten geneigt ist.
Die Ergebnisse bringen neuen Schwung in eine der ältesten Diskussionen der
Exoplanetenforschung: Wie entstehen Heiße Jupiter, also riesige Gasplaneten, die
ihren Zentralstern in nur geringem Abstand umkreisen und dadurch hohe
Oberflächentemperaturen aufweisen? Die Prozesse, die das jetzt untersuchte
Planetensystem formten, könnten auch zur Entstehung der Heißen Jupiter
beigetragen haben.
An der Oberfläche der großen Gasplaneten in unserem Sonnensystem, Jupiter und
Saturn, herrschen eisige Temperaturen. Grund dafür ist der gewaltige Abstand von
mehr als 580 Millionen Kilometern, der sie von der Sonne trennt. Lange Zeit
glaubten Wissenschaftler, dass auch in anderen Sternensystemen Riesenplaneten
nur in großer Entfernung vom Zentralstern existieren können.
Als aber dann vor fast 20 Jahren der erste Heiße Jupiter entdeckt wurde, warf
dies viele Fragen auf, die bis heute unbeantwortet sind. So ist es nach wie vor
rätselhaft, warum die Bahnachse der heißen Riesen häufig gegen die
Rotationsachse ihres Sterns geneigt ist. Könnte diese Anordnung einen Hinweis
auf ihre Entstehung liefern?
Klarheit erhoffen sich viele Forscher aus der genauen Beobachtung und
Beschreibung von Mehrplanetensystemen - auch solchen, in denen keine Heißen
Jupiter vorkommen. Denn falls der Prozess, in dem Heiße Jupiter entstehen,
tatsächlich eine Neigung der Achsen gegeneinander bewirkt, dürfte diese
Konstellation in Mehrplanetensystemen ohne Heiße Jupiter nicht auftreten.
Mit Hilfe von Daten des NASA-Weltraumteleskops Kepler haben Forscher
nun allerdings ein Gegenbeispiel entdeckt: ein Mehrplanetensystem ohne Heißen
Jupiter, das die ungewöhnliche "Achsenbeziehung" aufweist. Der Zentralstern des
Systems, Kepler-56, ist ein Roter Riese und etwa viermal so groß wie die Sonne.
Sein Abstand von der Erde beträgt 3.000 Lichtjahre.
"Dieser Stern ist in vielerlei Hinsicht bemerkenswert", sagt Daniel Huber,
Erstautor der neuen Studie, der als NASA Postdoctoral Program Fellow am
Ames Research Center im kalifornischen Moffett Field forscht. Huber und
die anderen Teammitglieder analysierten die Frequenzen, mit denen Kepler-56
schwingt. Dabei stellten sie fest, dass die Rotationsachse des Sterns um etwa 45
Grad gegen die Verbindungslinie zwischen Stern und Erde geneigt ist.
"Das war eine große Überraschung", so Huber. "Wir wussten ja bereits, dass
zwei Planeten den Stern begleiten. Ihre Bahnachsen konnte somit nicht parallel
zur Rotationsachse des Sterns sein". Beobachtungen am W. M. Keck
Observatorium auf dem Manua Kea auf Hawaii fügten ein weiteres Puzzlestück
hinzu. Die Wechselwirkung der beiden Planeten bewirkt kleine Schwankungen im
Zeitpunkt, zu dem sie - von der Erde aus betrachtet - den Zentralstern
passieren.
"Ein Vergleich dieser Abweichungen mit numerischen Simulationen ergab, dass
die Bahnachsen der Planeten parallel verlaufen", so Josh Carter, Hubble
Fellow am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge
im US-Bundesstaat Massachusetts. "Aus den Daten des Keck-Teleskops ließ
sich zudem die Existenz eines dritten, sehr großen Planeten ablesen, der den
Stern in großem Abstand umkreist", fügt er hinzu.
Rechnungen bestätigten, dass die Ausrichtungen der Bahnachsen der beiden
kleineren Planeten durch den Einfluss des größeren fest gekoppelt sind. Dadurch
kommt es regelmäßig vor, dass sie gegen die Rotationsachse des Sterns geneigt
sind. Ein solches Szenario, in dem diese Achsen dynamisch gegeneinander gekippt
sind, hatten Forscher vor kurzem theoretisch vorhergesagt. Es konnte nun zum
ersten Mal beobachtet werden.
Indem die Wissenschaftler die Daten des Keck- und des Kepler-Teleskops
in Beziehung setzten, konnten sie die Radien, Massen und Dichten des
Zentralsterns und der beiden kleineren Planeten präzise bestimmen. "Die neue
Studie belegt zudem, dass die Wissenschaftler, die gemeinsam Daten des
Kepler-Teleskops auswerten, Expertenwissen aus vielen verschiedenen
Spezialgebieten vereinen", so John Johnson vom Harvard-Smithsonian Center
for Astrophysics. "All diese Sichtweisen waren zwingend notwendig, um den
Aufbau und die Entstehungsgeschichte dieses faszinierenden Planetensystems
aufzudecken", ergänzt er.
Fast 20 Jahre nach der Entdeckung des ersten Heißen Jupiter markieren die
jüngsten Erkenntnisse über das Kepler-56-System nun einen weiteren wichtigen
Schritt in Richtung einer einheitlichen Erklärung, wie diese riesigen Planeten
in großer Sternnähe entstehen. Die Forscher hoffen nun darauf, dass nach und
nach immer mehr Mehrplanetensysteme entdeckt werden. Deren Architektur zu
entschlüsseln, könnte dann klären, ob der Entstehungsprozess des
Kepler-56-Systems auch für Heiße Jupiter-Systeme infrage kommt.
Die Resultate der Studie, an der auch Saskia Hekker vom Max-Planck-Institut
für Sonnensystemforschung beteiligt war, veröffentlichen die Wissenschaftler in
der vergangenen Woche in einem Fachartikel in
der Zeitschrift Science.
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