| Planeten in Doppelsternsystemen - keine Science Fiction mehr |
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Während der letzten zehn Jahre gelang die Entdeckung vieler Planeten bei anderen, viele Lichtjahre von unserem Planetensystem entfernten Sternen. Diese so genannten „extrasolaren Planeten“ weisen Massen und Bahneigenschaften auf, die sich oft sehr von denen der Planeten unseres eigenen Sonnensystems unterscheiden. Eine ganz besonders interessante Gruppe unter den extrasolaren Planeten sind diejenigen Planeten, die sich in einem Doppel- bzw. Mehrfachsternsystem befinden. Bei ihrer systematischen Suche nach diesen besonderen Sternensystemen machten Wissenschaftler der Friedrich-Schiller-Universität in Jena kürzlich am Calar Alto interessante Entdeckungen.
Seitdem im Jahre 1995 der erste extrasolare Planet bei einem sonnenähnlichen Stern (51 Pegasi) entdeckt wurde, konnte eine unerwartete große Mannigfaltigkeit an Planetensystemen um andere Sterne herum nachgewiesen werden, deren Aufbau sich deutlich von dem unseres eigenen Sonnensystems unterscheidet. Zunächst fand man nur massereiche Gasplaneten, die auf engen Umlaufbahnen ihre Muttersterne umkreisen und deshalb auch als die „heißen Jupiter" bezeichnet werden. Diese Systeme unterscheiden sich ziemlich von unserem eigenen Sonnensystem, in dem man massereiche Gasplaneten (Jupiter, Saturn) nur in großen Abständen von der Sonne findet. Später stellte sich dann heraus, dass der Planetenentstehungsprozess nicht nur auf Einzelsterne, wie bei unserer Sonne, beschränkt ist: Unter bestimmten Bedingungen ist es möglich, dass Planeten auch in dynamisch deutlich komplexeren Umgebungen entstehen können, z.B. in einem Doppelsternsystem. Ein Doppelstern besteht aus zwei sich umkreisenden Sternen, die sich dabei auf ihren Umlaufbahnen um ihr gemeinsames Massenzentrum herum bewegen. Heute ist eine große Zahl dieser Sternensysteme bekannt, die oft aus vergleichbar massereichen, aber auch aus Sternen sehr unterschiedlicher Masse bestehen.
Ralph Neuhäuser und Markus Mugrauer, zwei Mitglieder der Forschungsgruppe zur Stern- und Planetenentstehung am Astrophysikalischen Institut in Jena, sind auf der Suche nach solchen Sternensystemen, in denen auch Planeten vorkommen. Dabei suchen die Wissenschaftler bei all den Sternen nach leuchtschwachen stellaren Begleitern, bei denen man bisher bereits extrasolare Planeten oder Planetenkandidaten indirekt nachweisen konnte. Um Aufnahmen besonders hoher Auflösung zu erhalten, müssen dabei zunächst die durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre erzeugten Bildstörungen ausgeglichen werden, die auch die Sterne am Nachthimmel zum Funkeln bringen. Diese Bildkorrektur wird durch den Einsatz einer so genannten „adaptiven Optik" bzw. mit anderen Verfahren z.B. der „Speckle-Technik" erreicht, die alle an der Calar Alto Sternwarte bei der Beobachtung zum Einsatz kommen.
Die mit diesen Beobachtungsverfahren detektierten leuchtschwachen Objekte in der Nähe der Planeten-Muttersterne müssen dann mit weiteren Beobachtungen als echte Begleiter dieser Sterne bestätigt werden. So kann ausgeschlossen werden, dass es sich bei den gefundenen Objekten nicht einfach nur um Hintergrundsterne handelt, die nur zufällig von der Erde aus betrachtet in der Nähe der Planeten-Muttersterne stehen.
Mit den zuvor beschriebenen Methoden wurde kürzlich auch der recht helle Planeten-Mutterstern gamma Cephei (γ Cephei) beobachtet, der von einem Planeten auf einer Umlaufbahn in ca. 3 Jahren einmal umkreist wird. Die Masse des Planeten beträgt mindestens das 1.7 fache der Masse des Planeten Jupiter. Aus früheren spektroskopischen Untersuchungen war zudem bereits bekannt, dass der Stern von einem massearmen Begleitstern (γ Cephei B) innerhalb einiger Jahrzehnte einmal umkreist wird.
Nun gelang dem Forscherteam aus Jena erstmals die direkte Abbildung dieses stellaren Begleiters. Die Beobachtungen wurden mit dem japanischen Teleskop Subaru am Mauna Kea (Hawaii) und dem 3.5 m Teleskop der Calar Alto Sternwarte durchgeführt. Die Subaru Beobachtungen wurden von Misato Fukagawa (Nagoya Universität, Japan) im Juni 2006 aufgenommen. Markus Mugrauer und Tobias Schmidt (beide Uni Jena) beobachteten dann den Begleiter nochmals im September 2006 am 3.5 m Teleskop der Calar Alto Sternwarte mit der Infrarotkamera Omega-Cass.
Die direkte Abbildung des Begleitsterns neben dem Planeten-Mutterstern
ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Helligkeit des Begleiters
direkt zu messen. Des Weiteren konnte so auch die Orbitbewegung des
Begleiters, durch Vergleich der Subaru und Calar Alto Aufnahmen, direkt
vermessen werden. Trotz der kurzen Zeitdifferenz von nur wenigen Wochen
zwischen den beiden Beobachtungen, konnte die Bewegung des
Begleitsterns nachgewiesen werden. Diese Messungen erlauben es nun, die physikalischen Eigenschaften des γ Cephei Systems genauer zu
bestimmen.
Der helle Zentralstern, γ Cephei A, um den auch der Planet kreist, ist massenreicher als unsere Sonne (1.4 Sonnenmassen) und zählt zur Klasse der bereits entwickelten Unterriesensterne. Der Begleitstern γ Cephei B ist mit nur 0.4 Sonnenmassen dagegen deutlich massenärmer als unsere eigene Sonne. Die beiden Sterne des γ Cephei System sind ca. 20-Mal soweit voneinander entfernt wie die Erde von der Sonne. Damit ist dieses System eines der engsten heute bekannten Sternensysteme, in denen Planeten nachgewiesen werden konnten.
Sonne und Brauner Zwerg am Abendhimmel
Eine weitere interessante Entdeckung, bei der wieder die Teleskope der
Calar Alto Sternwarte zum Einsatz kamen, gelang den Jenaer
Astronomen beim Stern HD 3651. HD 3651 ist ein nahe gelegener, rötlich
leuchtender Zwergstern, der von einem Planeten umkreist wird, dessen
Masse etwas geringer ist, als die des Planeten Saturn in unserem
eigenen Sonnensystem.
In der Nähe des Sterns detektierten die Jenaer Astronomen ein weiteres sehr leuchtschwaches Objekt, einen kühlen braunen Zwerg, der erste der bisher neben einem Planeten-Mutterstern direkt abgedildet werden konnte. Beobachtungen, die mit der Infrarotkamera Omega-Cass am 3.5 m Teleskop der Calar Alto Sternwarte im September 2006 aufgenommen wurden, bestätigten, dass der neu gefundene Braune Zwerg (jetzt als HD 3651 B bezeichnet) ein echter Begleiter des Sterns ist. Zudem konnten noch die Eigenschaften dieses Objektes näher bestimmt werden. Wie sich zeigte ist HD 3651 B, dessen Effektivtemperatur zwischen 500 und 600°C liegt, auch einer der kühlsten Braunen Zwerge, die bisher gefunden werden konnten. Durch den Einsatz einer Vielzahl von Instrumenten an mehreren Observatorien weltweit, konnten die Jenaer Wissenschaftler bisher bereits bei vielen weiteren Planeten-Muttersternen Begleitsterne aufspüren. Die Massen dieser Begleiter erstrecken sich von ca. einer halben Sonnenmasse bis hinunter an die stellar-substellare Massengrenze bei ca. 7.5 Prozent der Sonnenmasse. Zwei der gefundenen Begleiter sind weiße Zwerge. Diese Systeme sind von besonderem Interesse, da sie zeigen, dass Planeten in Sternensystemen auch die Endphase der stellaren Entwicklung der Begleitsterne überleben können.
Es herrscht also Nachholbedarf für Science Fiction! Hochaufgelöste Bilder:
Gamma Cephei A+B mit Omega-Cass (418 Kb) Infrarot Bilder des gamma Cephei Sternsystems aufgenommen am Calar Alto am 11. (links) und 12. (rechts) September 2006. Der helle Stern, Komponente A, waere im Bildzentrum zu sehen, ist aber abgezogen worden, damit der leuchtschwache Begleiter, Komponente B, sichtbar wird, gekennzeichnet durch den Pfeil. HD 3651 A+B, JHK Farbkomposit-Bild mit Omega-Cass (109 Kb)
© Calar Alto Sternwarte, Januar 2007
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