Bislang kleinster Exoplanet entdeckt

Einen extrasolaren Planeten mit der fünfeinhalbfachen Erdmasse glaubt ein internationales Forscherteam nachgewiesen zu haben. Der Planet umkreist seinen Stern im zweieinhalbfachen Abstand Erde-Sonne. Es ist das erste Mal, dass die Astronomen einen vergleichsweise kleinen Planeten in einer weiten Umlaufbahn gefunden haben. Allerdings sind die aus den Beobachtungen berechneten Werte für Masse und Abstand des Planeten - bedingt durch die Entdeckungsmethode - mit großen Unsicherheiten behaftet.

Über 170 Planeten haben die Astronomen in den vergangenen zehn Jahren bei anderen Sternen aufgespürt. Bei den meisten dieser Begleiter handelt es sich um Riesenplaneten mit der mehrfachen Masse des Jupiters und/oder um Planeten, die auf sehr engen Bahnen um ihre Sterne kreisen. Das ist möglicherweise ein Auswahleffekt, denn die wichtigste Methode zur Entdeckung von Exoplaneten basiert auf dem Dopplereffekt. Stern und Planet kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt, der Stern bewegt sich also im gleichen Rhythmus wie der Planet. Die auf den irdischen Beobachter gerichtete Bewegungskomponente führt deshalb in der Strahlung des Sterns zu einem periodischen Dopplereffekt. Für massereiche Planeten und enge Umlaufbahnen ist dieser Effekt naturgemäß am größten.

Der jetzt gemeldete Exoplanet OGLE-2005-BLG-390Lb verriet sich auf andere Weise: Er verursachte durch seine Schwerkraft eine kleine Helligkeitsschwankung bei einem Hintergrundstern nahe dem galaktischen Zentrum. Im Rahmen mehrerer internationaler Projekte wie z. B. OGLE, MOA und PLANET suchen Astronomenteams nach solchen Helligkeitsschwankungen durch den so genannten Gravitationslinseneffekt. Zieht - von der Erde aus gesehen - ein leuchtschwacher und deshalb selbst nicht sichtbarer Vordergrundstern nahezu exakt vor einem hellen Stern vorüber, so verbiegt er mit seinem Gravitationsfeld die von diesem Stern zu uns verlaufenden Lichtstrahlen.

Abb.: Das Gravitationsfeld des Vordergrundsterns (Lens Star) verbiegt die von dem Hintergrundstern (Source Star) kommenden Lichtstrahlen. Dadurch kommt es zu Mehrfachbildern, die jedoch so nahe beieinander stehen, dass sie für den irdischen Beobachter nicht erkennbar sind. Er sieht lediglich einen Helligkeitsausbruch des Hintergrundsterns. Ein Planet führt zu einem oder mehreren zusätzlichen Maxima in der Lichtkurve. (Quelle: OGLE)

Für den irdischen Beobachter ist dieser Effekt als ein zumeist mehrere Wochen dauernder, zeitlich symmetrisch verlaufender Helligkeitsausbruch des Sterns sichtbar. Besitzt der Stern einen Begleiter, so kann dessen Gravitation zu einem zweiten Maximum in der Lichtkurve führen. Eben ein solches zweites Maximum beobachteten die Forscher der PLANET-Kollaboration am 9. August 2005 bei dem Stern OGLE-2005-BLG-390. Insgesamt waren 73 Forscher von 32 Instituten an den Messungen beteiligt.

Aus dem genauen Verlauf der Lichtkurve können die Forscher dann mithilfe von Modellrechnungen Rückschlüsse auf die Massen von Stern und Planet, sowie auf die Geometrie des Systems ziehen. Bei diesen Rechnungen gibt es allerdings eine große Zahl freier Parameter. Zudem liefern die Modellfits zunächst lediglich das Massenverhältnis zwischen Stern und Planet, sowie den Abstand Stern-Planet in Abhängigkeit von der Sternmasse und anderen Modellparametern.

Erst durch zusätzliche statistische Annahmen über die Massen-, Geschwindigkeits- und Entfernungsverteilungen von Sternen in unserer Galaxis lassen sich daraus schließlich Aussagen über die physikalischen Parameter des Systems machen. Für OGLE-2005-BLG-390Lb erhalten die Forscher eine Masse von 5,5 Erdmassen mit Fehlergrenzen (bei einer Wahrscheinlichkeit von 68 Prozent) von +5,5 und -2,7 Erdmassen. Der Abstand des Planeten von seinem Stern beträgt danach 2,6 (+1,5 / -0,6) Astronomische Einheiten.

OGLE-2005-BLG-390Lb ist erst der dritte Planet, der über den Gravitationslinseneffekt entdeckt wurde. "Es ist sehr wahrscheinlich, dass wir mit dieser Methode Planeten mit Massen und Abständen von ihren Sternen entdecken werden, die der Erde ähneln", hebt Bhodan Paczynski von der Princeton University, einer der beteiligten Forscher, die Bedeutung der Methode hervor.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  J.-P. Beaulieu et al., Discovery of a cool planet of 5.5 Earth masses through gravitational microlensing, Nature 439, 437 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature04441
  http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7075/abs/nature04441.html  
• PLANET: 
  http://planet.iap.fr   
• OGLE: 
  http://www.physics.auckland.ac.nz/moa/   
• MOA: 
  http://www.physics.auckland.ac.nz/moa/   
• Enzyklopädie der extrasolaren Planeten:
  http://vo.obspm.fr/exoplanetes/encyclo/encycl.html

Weitere Literatur:

• S. Mao & B. Paczynski, Gravitational microlensing by double stars and planetary systems, Astrophys. J. 374, L37 (1991).   
• J. Wambsganss, Discovering Galactic planets by gravitational microlensing: magnification patterns and light curves, Mon. Not. R. Astron. Soc. 284, 172(1997).