Exoplaneten-Paar um sonnenähnlichen Stern

Das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südstern­warte hat das allererste Bild eines jungen, sonnen­ähnlichen Sterns aufgenommen, der von zwei riesigen Exoplaneten begleitet wird. Bilder von Systemen mit mehreren Exoplaneten sind äußerst selten. Bisher hatten Astronomen noch nie mehr als einen Planeten direkt beobachtet, der einen sonnen­ähnlichen Stern umkreist. Die Beobachtungen können den Astronomen helfen zu verstehen, wie Planeten um unsere eigene Sonne entstanden und sich entwickelt haben.

Erst vor wenigen Wochen präsentierte die ESO die Geburt eines Planeten­systems in einem neuen, beeindruckenden VLT-Bild. Nun hat dasselbe Teleskop mit demselben Instrument das erste direkte Bild eines Planeten­systems um einen etwa 300 Lichtjahre entfernten Stern mit der Bezeichnung TYC 8998-760-1 aufgenommen, der sich zu einem Stern ähnlich unserer Sonne entwickelt. „Diese Entdeckung ist eine Moment­aufnahme einer Umgebung, die unserem Sonnen­system sehr ähnlich ist, sich aber in einem viel früheren Stadium seiner Entwicklung befindet“, sagt Alexander Bohn, Doktorand an der Universität Leiden in den Nieder­landen.

„Obwohl Astronomen indirekt Tausende von Planeten in unserer Galaxie entdeckt haben, wurde nur ein winziger Bruchteil dieser Exoplaneten direkt abgebildet“, sagt Matthew Kenworthy von der Universität Leiden, und fügt hinzu, dass „direkte Beobach­tungen wichtig sind bei der Suche nach Umgebungen, die Leben begünstigen können“. Die direkte Abbildung von zwei oder mehr Exoplaneten um denselben Stern ist noch seltener; nur zwei solcher Systeme wurden bisher direkt beobachtet, beide um Sterne, die sich deutlich von unserer Sonne unterscheiden. Das neue VLT-Bild ist die erste direkte Aufnahme von mehr als einem Exoplaneten um einen sonnen­ähnlichen Stern in einem frühen Stadium. Das VLT war auch das erste Teleskop, das einen Exoplaneten direkt abbildete, und zwar im Jahr 2004, als es einen Lichtfleck um einen Braunen Zwerg, eine Art „gescheiterten“ Stern, einfing.

„Unserem Team ist es nun gelungen, das erste Bild von zwei Gasriesen zu machen, die einen jungen, sonnenähnlichen Stern umkreisen“, sagt Maddalena Reggiani, eine Postdoc-Forscherin der KU Leuven, Belgien, die ebenfalls an der Studie teilnahm. Die beiden Planeten sind auf dem neuen Bild als zwei helle Licht­punkte zu sehen, die von ihrem Mutterstern deutlich getrennt sind. Durch die Aufnahme verschiedener Bilder zu unter­schiedlichen Zeiten war das Team in der Lage, diese Planeten von den Hintergrund­sternen zu unterscheiden. Die beiden Gasriesen umkreisen ihren Wirtsstern in Entfernungen von 160 und etwa 320 mal der Entfernung Erde-Sonne. Damit sind diese Planeten viel weiter von ihrem Stern entfernt als Jupiter oder Saturn, ebenfalls zwei Gasriesen, von der Sonne; sie liegen nur in der fünf- bzw. zehnfachen Erde-Sonne-Ent­fernung. Das Team fand auch heraus, dass die beiden Exo­planeten viel schwerer sind als die in unserem Sonnensystem, wobei der innere Planet das 14-fache der Jupitermasse und der äußere das Sechsfache der Jupiter­masse aufweist.

Bohns Team hat dieses System bei seiner Suche nach jungen Riesen­planeten um Sterne wie unsere Sonne, allerdings in einem weitaus jüngeren Alter, abgebildet. Der Stern TYC 8998-760-1 ist nur 17 Millionen Jahre alt und befindet sich im südlichen Sternbild Musca (Fliege). Bohn beschreibt ihn als eine „sehr junge Version unserer eigenen Sonne“. Diese Bilder waren dank der hohen Leistungs­fähigkeit des Instruments Sphere am VLT in der chile­nischen Atacama-Wüste möglich. Sphere blockiert das helle Licht des Sterns mit einem Korono­grafen, so dass die viel schwächer leuchtenden Planeten sichtbar werden. Während ältere Planeten, wie die in unserem Sonnen­system, zu kühl sind, um mit dieser Technik gefunden zu werden, sind junge Planeten heißer und leuchten daher im Infrarot­licht heller. Durch mehrere Aufnahmen im vergangenen Jahr sowie anhand älterer Daten aus dem Jahr 2017 hat das Forschungs­team bestätigt, dass die beiden Planeten Teil des Planeten­systems des Sterns sind.

Weitere Beobach­tungen dieses Systems, unter anderem mit dem zukünf­tigen Extremely Large Telescope (ELT) der Eso, werden es den Astronomen ermöglichen zu untersuchen, ob diese Planeten an ihrem gegenwärtigen, vom Stern entfernten Standort entstanden oder von einem anderen Ort dorthin gewandert sind. Das ELT wird auch dazu beitragen, die Wechsel­wirkung zwischen zwei jungen Planeten desselben Systems zu untersuchen. Bohn sagt: „Die Möglichkeit, dass künftige Instrumente, wie die des ELT, in der Lage sein werden, noch masseärmere Planeten um diesen Stern zu entdecken, ist ein wichtiger Meilenstein für das Verständnis von Mehrplaneten­systemen, mit möglichen Auswirkungen auf die Geschichte unseres eigenen Sonnensystems.“

MPIA / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. J. Bohn et al.: Two directly-imaged, wide-orbit giant planets around the young, solar analogue TYC 8998-760-1, Astrophys. J. Lett. (2020), Vorabveröffentlichung, DOI: 10.3847/2041-8213/aba27e
• SPHERE, Very Large Telescope VLT, Europäische Südsternwarte ESO, Chile
• Leiden Observatory, Universität Leiden