Radioteleskop entdeckt Exoplaneten

Kosmisches Paar: Die künstlerische Darstellung zeigt im Vordergrund den saturngr

Kosmisches Paar: Die künstlerische Darstellung zeigt im Vordergrund den saturngroßen Exoplaneten TVLM 513b. Links im Hintergrund zu sehen ist seine Muttersonne, der massearme und kühle Zwergstern TVLM 513-46546. © Luis A. Curiel Ramirez

Bisher mehr als 4300 Planeten bei fremden Sonnen kennen die Astronomen. Fast alle wurden sie im sichtbaren Licht entdeckt. Jetzt haben Forschende einen Exoplaneten mit einem gigantischen Radioteleskop aufgespürt. Der 35 Lichtjahre von der Erde entfernte Himmelskörper kreist auf einer engen Bahn um einen massearmen kühlen Zwergstern. Dabei rüttelt der saturngroße Planet an seiner Muttersonne, was sich in systematischen Positionsänderungen zeigt. Um dieses minimale Wackeln aufzuspüren, setzten die Wissenschaftler - unter ihnen Gisela Ortiz-León vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie - ein Netzwerk von Radioantennen ein, die sich über den gesamten amerikanischen Kontinent erstreckten. Dabei entstand ein gigantisches virtuelles Teleskop, Very Long Baseline Array (VLBA) genannt.

Der neu entdeckte Exoplanet mit der Bezeichnung TVLM 513b besitzt zwar eine vergleichbare Masse wie Saturn, läuft jedoch auf einer recht engen Bahn um seinen Stern, ähnlich wie Merkur im Sonnensystem. Die Astronomen haben bisher nur eine Handvoll extrasolarer Planeten mit ähnlichen Eigenschaften wie TVLM 513b bei derart massearmen Zwergsternen nachgewiesen. Denn die Beobachtungen werden nicht zuletzt wegen der geringen Helligkeit eines solchen Systems erschwert.

Die für die aktuelle Entdeckung benutzte astrometrische Technik ist zwar schon länger bekannt, aber in der Praxis sehr schwierig anzuwenden: Mit ihr wird im Prinzip die Ortsveränderung eines Objekts am Himmel gemessen. Doch dies erfordert die extrem präzise Verfolgung der tatsächlichen Bewegung des Sterns im Raum - und den Nachweis winzig kleiner Schwankungen, welche die Gravitation des umlaufenden Planeten auf den Stern ausübt.

Das Paar aus Stern und Planet umkreist das gemeinsame Massezentrum. Der Planet lässt sich aber nur dann indirekt nachweisen, wenn dieses Zentrum weit genug vom Stern entfernt liegt. So entsteht schließlich eine mit Teleskopen beobachtbare charakteristische Wackelbewegung (,,Wobbling").

Von Juni 2018 an hat das Forscherteam für insgesamt anderthalb Jahre die Positionen des Sterns TVLM 513-46546 systematisch vermessen. TVLM 513-46546 ist ein kühler Zwergstern mit weniger als zehn Prozent der Masse unserer Sonne. Zusätzlich nutzten die Astronomen noch neun frühere VLBA-Messungen dieses Sterns aus der Zeit zwischen März 2010 und August 2011.

Die Analyse aller Beobachtungsdaten zeigte eine systematische Schwankung in den gemessenen Positionen des Sterns und ermöglichte den indirekten Nachweis eines Planeten von Saturnmasse, der sein Zentralgestirn mit einer Periode von 221 Tagen umkreist. Der Planet hat einen geringeren Abstand von seinem Stern als Merkur von der Sonne, der durchschnittlich 58 Millionen Kilometer von ihr entfernt ist.

Massearme kühle Sterne wie TVLM 513-46546 kommen in unserer Milchstraße am häufigsten vor. Bei vielen von ihnen hat man kleinere Planeten gefunden, von der Masse her vergleichbar mit Erde oder Mars. ,,Große Planeten wie Jupiter oder Saturn sollten bei massearmen Sternen eigentlich eher selten vorkommen", sagt Salvador Curiel von der National Autonomous University in Mexiko. Zudem sei die astrometrische Technik am erfolgreichsten beim Nachweis jupiterähnlicher Planeten in ausgedehnten Umlaufbahnen. ,,Wir waren daher überrascht, einen masseärmeren Planeten von Saturngröße in einer relativ nahen Umlaufbahn um TVLM 513-46546 zu finden."

Von den mehr als 4300 bekannten Exoplaneten ist TVLM 513b erst der zweite, der mithilfe der astrometrischen Beobachtungstechnik entdeckt wurde. Eine andere sehr erfolgreiche Methode beruht ebenfalls auf dem gravitativen Einfluss eines Planeten auf seinen Mutterstern. Diese Technik weist spektroskopisch die winzige Beschleunigung des Sterns in Richtung oder entgegengesetzt zur Richtung der Erde nach, die durch die Bewegung des Sterns um das gemeinsame Massezentrum verursacht wird.

,,Unser Verfahren ergänzt diese Radialgeschwindigkeitsmethode, die eher geeignet ist für Planeten in nahen Umlaufbahnen um den jeweiligen Stern", sagt Gisela Ortiz-León vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. ,,Tatsächlich spürten diese und andere Methoden bisher nur wenige Planeten auf, die in ihren Eigenschaften wie Masse, Größe der Umlaufbahn und Masse des Muttersterns unserem neugefundenen Planeten gleichen."

Die Forscherin glaubt, dass das von ihrem Team verwendete Very Long Baseline Array mit seinen Einzelteleskopen in bis zu 8000 Kilometer Abstand ein wirksames Werkzeug bei der Suche nach Exoplaneten ist und noch eine große Zahl weiterer Planeten mit ähnlichen Eigenschaften ans Licht bringen wird.

HOR / NJ


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