Fotografiert: Junger Jupiter bei 51 Eridani

Von den knapp 2000 bekannten Exoplaneten wurden bislang gerade einmal 60 fotografisch aufgespürt – die überwiegende Mehrheit verrät sich bislang nur indirekt durch Transits, Dopplereffekt oder Mikro-Gravitationslinseneffekt. Viele der direkt beobachteten Exoplaneten sind dabei junge Objekte: Noch in der Entstehungsphase begriffen, reflektieren sie nicht nur das Sternenlicht wie ältere Exoplaneten, sondern leuchten auf Grund ihrer noch hohen Temperaturen insbesondere im Infrarotbereich selbst. Das erleichtert ihre Beobachtung.

Solche jungen Objekte sind für die Astronomen von besonderem Interesse, weil sie einen Einblick in die Prozesse der Planetenentstehung bieten – und damit, so die Hoffnung, auch in die Frühzeit unseres eigenen Sonnensystems. Die bislang direkt beobachteten jungen Exoplaneten sind jedoch sehr massereich – zwischen 5 und 13 Jupitermassen – und umkreisen ihre Zentralsterne zumeist auf extrem weiten Bahnen in Abständen von bis zu 650 Astronomischen Einheiten. Mit dem Gemini Planet Imager GPI ist 2013 am Gemini South Telescope ein Gerät installiert worden, das für die Suche nach thermisch leuchtenden Planeten um junge Sterne optimiert ist. Eine Blende unterdrückt das Bild des Zentralsterns, eine extrem genaue Kalibrierung der Wellenfronten sorgt für stabile Bilder mit hohem Kontrast und die Kamera liefert Bilder bei einer großen Zahl von Wellenlängen und damit zugleich das Spektrum eines eventuell vorhandenen Exoplaneten.

Insgesamt sollen mit dem GPI 600 junge, nahe Sterne beobachtet werden. Schon eines der ersten Objekte führte dabei zum Erfolg, wie das GPI-Team um Travis Barman von der University of Arizona in Tuscon jetzt berichtet: Bei dem 96 Lichtjahre entfernten, 20 Millionen Jahre alten Stern 51 Pegasi stießen die Forscher auf einen Planeten mit der zweifachen Jupitermasse, der seine Bahn in einem Abstand von 13 Astronomischen Einheiten um den Stern zieht. 51 Pegasi b ist damit der bislang kleinste Exoplanet, von dem es ein echtes Foto gibt. Die Spektroskopie liefert für den Planeten eine Effektivtemperatur von 600 bis 750 Kelvin und zeigt außerdem einen hohen Anteil von Methan in seiner Atmosphäre.

Ein hoher Methan-Anteil ist typisch für die großen Gasplaneten in unserem Sonnensystem. Die bislang direkt beobachteten großen Exoplaneten besitzen im Gegensatz dazu jedoch nur wenig Methan in ihren Atmosphären. Das GPI-Team vermutet daher, dass die Planetenentstehung bei 51 Eridani eine stärkere Ähnlichkeit mit den Prozessen im jungen Sonnensystem aufweist als bei den anderen Systemen. Die Astronomen gehen heute davon aus, dass sich im Verlauf von mehreren Millionen Jahren zunächst Kerne aus Gestein und Metallen gebildet haben, die dann mit ihrer Anziehungskraft große Mengen an Gas aus der Umgebung an sich gebunden haben. Während die bislang fotografisch nachgewiesenen Riesenplaneten eine deutlich höhere Temperatur besitzen, als dieses Szenario voraussagt – also vermutlich durch einen schnelleren, mehr Wärme erzeugenden Kollaps entstanden sind –, stimmen Temperatur und Leuchtkraft von 51 Eridani b gut mit den Vorhersagen dieses Modells überein. Die GPI-Forscher sehen den Exoplaneten deshalb als möglichen Eckpfeiler für die Erforschung der Planetenentstehung in Systemen, die dem unseren ähneln.

Rainer Kayser

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