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Geburtsort von Beta Pictoris b bleibt rätselhaft
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
30. Juli 2026

Mit dem modernisierten Instrument GRAVITY+ wurde jetzt die Atmosphäre des jungen Riesen-Gasplaneten Beta Pictoris b untersucht. Ziel war es, dessen Ursprung und atmosphärische Variabilität besser zu verstehen. Dabei erhielt  man zwar deutlich bessere Messwerte, doch es ergaben sich auch Hinweise darauf, dass das angewandte Verfahren nicht viel über den Entstehungsort des Gasriesen verrät.

Künstlerische Darstellung von Beta Pictoris b. Bild: ESO / L. Calçada [Großansicht]

Das junge und unfertige Planetensystem des 23 Millionen Jahre alten Sterns Beta Pictoris (kurz: Beta Pic) hat sich zu einem Paradebeispiel für zirkumstellare Staubscheiben entwickelt und beherbergt mindestens drei Riesen-Gasplaneten. Beta Pic b wurde bereits 2008 mittels direkter Bildgebung entdeckt und ist mit etwa elf Jupitermassen der massereichste dieser Planeten. Er umkreist seinen Zentralstern auf einer weiten Umlaufbahn und benötigt dafür etwa 23 Jahre.

Astronominnen und Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Deutschland, des Observatoire de la Côte d’Azur (OCA) in Nizza, Frankreich, sowie weiterer Partner haben jetzt Beta Pic b mit dem kürzlich modernisierten Instrument GRAVITY+ beobachtet. Dabei interessierten sie sich insbesondere für den Ursprung des Planeten sowie eine mögliche atmosphärische Variabilität. Das Instrument ist an das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) angeschlossen, das von der Europäischen Südsternwarte ESO am Paranal-Observatorium in Chile betrieben wird. GRAVITY+ ist eine Erweiterung des ursprünglichen GRAVITY-Instruments und verfügt über eine verbesserte adaptive Optik.

Das Team wendete eine Methode an, die vor einigen Jahren vorgeschlagen wurde, um den Geburtsort von Planeten in planetenbildenden Scheiben zu bestimmen: Durch die Messung des relativen Häufigkeitsverhältnisses zwischen zwei verschiedenen Varianten von Kohlenstoff (C), nämlich die Kohlenstoff-Isotope ¹²C und ¹³C, die im Kohlenmonoxidgas (CO) der Atmosphäre von Beta Pic b gebunden sind, sollte sich ableiten lassen, ob der Planet außerhalb oder innerhalb einer Region der Scheibe entstand, in der Kohlenmonoxid als Eis vorlag. Der Radius, an dem die Temperatur niedrig genug ist, damit Gas zu Eis gefriert, wird im Allgemeinen als Schneelinie bezeichnet. Unter Berücksichtigung der Strahlung des Zentralsterns, der die Scheibe von innen aufheizt, ließe sich dies direkt in die Entfernung zum Stern übersetzen, in der der Planet entstand.

MPIA-Wissenschaftler Matthieu Ravet hatte bei einem früheren Versuch zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen ¹²CO und dem etwas schwereren ¹³CO mit dem ursprünglichen GRAVITY-Instrument ein vergleichsweise niedrigen Wert ermittelt. Die Forschenden vermuteten bereits damals, dass GRAVITY eventuell unzureichend war, um die entscheidenden Signale in diesem Datensatz sauber aufzulösen, und mahnten zur Vorsicht bei der Interpretation. Folgt man dennoch der Logik des oben genannten Szenarios, so deutet dieser Wert darauf hin, dass Beta Pic b in der äußeren Scheibe jenseits der Schneelinie gewachsen sein könnte, indem er eher CO-Eis statt CO-Gas ansammelte.

Mit einer Entfernung von etwa 10 Astronomischen Einheiten von seinem Zentralstern, eine Astronomische Einheit ist der mittlere Abstand zwischen Sonne und Erde, zieht Beta Pic b seine Bahn derzeit jedoch eindeutig weiter innen, zwischen dem Stern und der Schneelinie, wo CO vorwiegend als Gas hätte vorliegen sollen. Unter der Annahme, dass das Ergebnis korrekt ist, hätte dieser Befund darauf hingewiesen, dass Beta Pic b durch die Scheibe gewandert sein könnte.

Mithilfe von GRAVITY+ leiteten Antonia von Stauffenberg, Doktorandin am MPIA, und ihr Team nun ein aktualisiertes und präziseres ¹²CO/¹³CO-Häufigkeitsverhältnis in der Atmosphäre von Beta Pic b ab, das deutlich höher liegt als der frühere Wert. Während ¹²CO klar nachgewiesen wurde und dessen Anteil vergleichsweise einfach zu bestimmen ist, erfordert die Messung von ¹³CO einen wesentlich komplexeren Ansatz. Interessanterweise stimmt das Verhältnis mit dem Wert überein, der auch im Rahmen einer anderen Studie ermittelt wurde, die ein anderer Instrument verwendet hat.

Zudem fanden die Astronominnen und Astronomen subtile Hinweise darauf, dass die vom Planeten empfangene Strahlung im Laufe der Zeit schwankt. Trotz der geringen statistischen Signifikanz scheinen die vorherrschenden Veränderungen mit der Rotationsperiode des Planeten von etwa 8,7 Stunden verknüpft zu sein. Sollte sich dies bestätigen, könnte es auf Wolken oder chemische Prozesse in der Atmosphäre von Beta Pic b hindeuten. Weitere empfindlichere Beobachtungen sind jedoch erforderlich, um das Ergebnis abzusichern. "Die Fähigkeit, sowohl Isotopologe als auch eine potenzielle rotationsbedingte Variabilität mithilfe bodengebundener Beobachtungen eines Planeten wie Beta Pictoris b präzise einzugrenzen, demonstriert die außergewöhnliche Datenqualität, die mit dem modernisierten Instrument GRAVITY+ erreicht wird", so von Stauffenberg.

Im vorgeschlagenen Modell zur Bestimmung des Geburtsortes rückt das neue, präzisere ¹²CO/¹³CO-Häufigkeitsverhältnis Beta Pic b nun eindeutig in den wärmeren, inneren Bereich der ursprünglichen protoplanetaren Scheibe. Dies stimmt auch mit dem aktuellen Standort des Planeten überein. Weiterhin deckt sich das Verhältnis weitgehend mit Werten, die üblicherweise im Sonnensystem und im interstellaren Medium (ISM) zu finden sind, welches den Raum zwischen den Sternen in der Milchstraße erfüllt. Die überwältigende Mehrheit von etwa einem Dutzend junger Riesen-Gasplaneten, die hinsichtlich ihres CO-Verhältnisses untersucht wurden, weist ähnliche Werte auf.

Diese Übereinstimmung könnte allerdings eine schlechte Nachricht sein. Denn das Kohlenstoff-Isotopenverhältnis verliert damit seine erhoffte Aussagekraft für die Bestimmung des Geburtsorts eines Planeten. Die wahrscheinlichste Erklärung dafür ist, dass mögliche Unterschiede während der Planetenentstehung schlicht zu gering sind, um mit dieser Methode erfasst zu werden. Damit ist das ¹²CO/¹³CO-Verhältnis derzeit nicht aussagekräftig genug, um spezifische Rückschlüsse auf die jeweilige Entstehungsumgebung eines Planeten zu ziehen.

Es ist aber durchaus wahrscheinlich, dass die aktuelle Theorie die chemischen Prozesse im CO-Eis in solchen Staubscheiben noch nicht vollständig erfasst. Dann würde das ¹²CO/¹³CO-Verhältnis schlicht keinen messbaren Unterschied zwischen der milderen Gasumgebung und den eiskalten Außenbereichen abbilden. Vorerst behalten die Riesenplaneten mit ausgedehnten Umlaufbahnen das Geheimnis ihrer Entstehung also für sich. Um die verschiedenen Entstehungsszenarien künftig sauber voneinander zu trennen, braucht die Astronomie neue Analysemethoden – und GRAVITY+ dürfte bei deren Entwicklung und Überprüfung eine Schlüsselrolle spielen.

Über ihre Beobachtungen berichtet das Team in einem Fachartikel der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen ist.