Reflektiertes Licht eines Exoplaneten entdeckt

Eine neue Methode ermöglicht es, erstmals das reflektierte Licht eines extrasolaren Planeten zu sichten und so den Planeten und dessen Umlaufbahn direkt zu vermessen. Das internationale Team von Astronomen unter der Leitung der ETH-Professorin Svetlana Berdyugina publizierte seine Arbeit im 'Astrophysical Journal Letters'.

Wegen ihrer grossen Entfernung können Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems auch mit dem besten Teleskop optisch nicht von ihren Muttersternen separiert werden. Einem internationalen Forschungsteam, unter der Leitung von Prof. Svetlana Berdyugina vom Institut für Astronomie der ETH Zürich, ist es nun erstmals gelungen, das sichtbare gestreute Licht eines extrasolaren Planeten zu beobachten. Bislang war die Bestimmung so genannter Exoplaneten meist nur auf indirektem Wege möglich: Zum Beispiel untersucht man das Licht eines Sterns, erkennt, dass sich dieser minim bewegt und schlussfolgert daraus, dass in der Nähe ein Planet mit einer entsprechenden Anziehungskraft vorhanden sein muss (so genannte Doppler-Spektroskopie-Methode). Das Forschungsteam machte sich nun die Polarisation von reflektiertem Licht zu Nutze, um dem Exoplaneten direkt auf die Spur zu kommen.

Heisser Jupiter
Der untersuchte Exoplanet befindet sich im Sternbild Fuchs und ist etwa 60 Lichtjahre von der Erde entfernt. Er umkreist den Zwergstern HD189733 so, dass er - von der Erde aus gesehen - bei jedem Umlauf vor dem Stern durchzieht. Astronomen sprechen bei diesem Ereignis von "Transit". Der Exoplanet, der aufgrund seiner Nähe zum Mutterstern den Namen HD189733b trägt, wurde vor zwei Jahren entdeckt. Man wusste bereits aus anderen Beobachtungen, dass es sich bei HD189733b um einen "heissen Jupiter" handelt, d.h. um einen Gasplaneten, der sich extrem nahe um den Mutterstern bewegt, wodurch sich seine Atmosphäre aufgrund der grossen Hitze ausdehnt. Anders als der Planet Jupiter, welcher die Sonne in zwölf Jahre einmal umkreist, umrundet der Planet HD189733b seinen Mutterstern in etwas mehr als zwei Tagen.

Abb.: Das Sterne-Planeten-System HD189733 nahe der Halbmondphase, wenn die Polarisation des reflektierten Lichtes ein Maximum erreicht. © ETH Zürich, S.V. Berdyugina


Polarisation als neue Methode
Das Forschungsteam bestehend aus Svetlana Berdyugina, Dominique Fluri (ETH Zürich), Andrei Berdyugin und Vilppu Piirola (Tuorla Observatorium, Universität von Turku, Finnland) benutzte das ferngesteuerte 60cm Teleskop auf La Palma (Spanien), das der Königlichen Schwedischen Akademie der Wissenschaften gehört und von finnischen Wissenschaftlern modernisiert wurde. Die Forschenden haben polarimetrische Messungen des Sterns und seines Planeten durchgeführt. Reflektiertes Licht ist in der Regel polarisiertes Licht. Ähnlich wie eine Polaroid-Sonnenbrille grelles, reflektiertes Sonnenlicht herausfiltert, hat das Team von Wissenschaftlern durch die Messung von polarisiertem Licht das schwache, vom Exoplaneten reflektierte Licht aus dem viel helleren Sternlicht extrahiert. Dadurch konnten die Wissenschaftler nicht nur die Grösse des Exoplaneten und dessen Atmosphäre bestimmen, sondern zudem direkt die planetare Umlaufbahn beschreiben.

Zwei Halbmondphasen
Die Stärke der Polarisation hängt vom jeweiligen Streuungswinkel ab. Bei einem Winkel von 90 Grad ist das Licht am stärksten polarisiert. Die Forschenden haben entdeckt, dass die Polarisation ein Maximum erreicht, wenn der Planet von der Erde aus gesehen etwa halb - analog zu Halbmondphasen - beleuchtet wird, was zweimal pro Orbit vorkommt.

Aus der gemessenen Polarisation ergibt sich, dass die Atmosphäre deutlich grösser ist (>30%) als der undurchsichtige Bestandteil des Planeten, der während den Transits beobachtete wurde. Wahrscheinlich besteht sie aus weniger als einem halben Mikrometer grossen Teilchen, wie zum Beispiel aus Atomen, Molekülen, vielleicht teilweise auch Wassermolekülen, oder kleinen Staubteilchen. "Die polarimetrische Entdeckung reflektieren Lichts von Exoplaneten eröffnet neue, weitreichende Möglichkeiten zur Erforschung der physikalischen Eigenschaften ihrer Atmosphären", sagte Professor Svetlana Berdyugina. "Ausserdem können wir mehr über die Radien und Massen und dadurch die Dichten der Planeten lernen, auch im Fall von anderen Exoplaneten ohne Transits."

Weitere Infos:

• Orginalbeitrag in "The Astrophysical Journal Letters"
  http://www.journals.uchicago.edu/toc/apjl/0/0