Super-Jupiter bei Kappa Andromedae fotografiert
Schwerer Gasriese bestätigt Modelle zur Entstehung von Planeten bei massereichen Sternen.
Bilder von extrasolaren Planeten gestalten sich schwierig: Die Himmelskörper sind sehr weit weg, verhältnismäßig klein und gehen im Licht ihres Muttersterns unter. Dennoch ist Forschern, unter anderem aus dem Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie, die Aufnahme eines Super-Jupiters gelungen, der den Stern Kappa Andromedae umkreist. Der Gasriese hat etwa die 13-fache Masse von Jupiter, sein Mutterstern die 2,5-fache Sonnenmasse. Offenbar ist das Objekt ähnlich entstanden wie normale Planeten mit geringerer Masse: in einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub. Das macht die Entdeckung zu einem wichtigen Testfall für aktuelle Modelle der Planetengeburt.
Abb.: Ein astronomischer Volltreffer. Falschfarben-Nahinfrarotbild (3,8 Mikrometer Wellenlänge) des Kappa-Andromedae-Systems, aufgenommen mit dem Subaru-Teleskop auf Hawaii im Juli 2012. Der Großteil des Lichts vom Mutterstern, auf den das Foto zentriert ist, wurde durch Bildverarbeitung herausgefiltert. Die Flecken rund um die Scheibe sind Resteffekte des herausgerechneten Sternenlichts. Der Super-Jupiter κ And b ist oben links deutlich zu sehen. Im Bild entspricht sein Abstand vom Mutterstern dem 1,8-fachen Abstand des Neptuns von der Sonne. (Bild: NAOJ / Subaru / J. Carson (College of Charleston) / T. Currie (U Toronto)
Nur von wenigen der knapp 850 bekannten Exoplaneten gibt es astronomische Aufnahmen. Die allermeisten Nachweise dieser Planeten, die andere Sterne umkreisen als die Sonne, gelangen indirekt. Jetzt hat ein Team unter Leitung von Joseph Carson, College of Charleston und Max-Planck-Institut für Astronomie, einen großen Super-Jupiter fotografiert, der um den massereichen, etwa 170 Lichtjahre entfernten Stern Kappa Andromedae läuft. Dazu nutzten die Forscher das Subaru-Teleskop auf dem Gipfel des Mauna Kea auf Hawaii.
Mit einem geschätzten Altern von 30 Millionen Jahren ist Kappa Andromedae im Vergleich zu unserer etwa fünf Milliarden Jahre alten Sonne ein sehr junger Stern. Um den Begleiter von Kappa Andromedae überhaupt aufnehmen zu können, mussten die Astronomen sowohl bei der Beobachtung als auch bei der Auswertung ausgefeilte Instrumente und Methoden anwenden.
Als besondere Herausforderung kam hinzu, dass das neuentdeckte Objekt von seinem Mutterstern weniger als doppelt soweit entfernt ist wie Neptun von der Sonne – die meisten bisherigen Aufnahmen gelangen bei Exoplaneten, die eine deutlich größere Distanz von ihrem Mutterstern besitzen und sich dadurch leichter als eigenständiges Objekt erkennen lassen. (Der mittlere Abstand zwischen Sonne und Neptun beträgt 4,5 Milliarden Kilometer.)
Mit rund 13 Jupitermassen könnte das Objekt entweder ein Planet oder ein sehr leichter Brauner Zwerg sein, also eine Zwischenstufe zwischen Planet und Stern. Die verfügbaren Daten sprechen allerdings dafür, dass es sich um einen Planeten handelt.
Interessant ist an der Entdeckung vor allem, dass sich das Objekt um einen jungen, massereichen Stern bewegt. Aus dieser Tatsache sowie aus dem Abstand zur Muttersonne schließen die Astronomen, dass sich der Himmelskörper sehr wahrscheinlich so wie kleinere Planeten niedrigerer Masse in einer protoplanetaren Scheibe gebildet hat, die den jungen Stern während seiner frühesten Entwicklungsphasen umgeben hat.
Abb.: Kosmische Skala: Das Bild zeigt die Größenverhältnisse im Vergleich zu unserem Sonnensystem. Die gestrichelte Linie markiert die Bahn des Planeten Neptun. (Bild: NAOJ / Subaru / J. Carson (College of Charleston) / T. Currie (U Toronto)
In den vergangenen Jahren haben Beobachter und Theoretiker argumentiert, dass massereiche Sterne mit größerer Wahrscheinlichkeit auch massereichere Planeten haben sollten als etwa unsere Sonne. Andererseits gab es Bedenken, dass bei besonders massereichen Sterne gar nicht die richtigen Voraussetzungen für herkömmliche Planetenentstehung vorliegen könnten: Denn solche Sterne senden enorme Mengen an hochenergetischer Strahlung aus, die große Teile einer jungen protoplanetaren Scheibe zersetzen und zerstreuen könnte. Damit würden die üblichen Prozesse der Planetenentstehung stark behindert, vielleicht sogar gänzlich unterbunden.
Die Entdeckung des Super-Jupiters Kappa Andromedae b legt jetzt nahe, dass zumindest Sterne bis zum zweieinhalbfachen der Sonnenmasse große Planeten in protoplanetaren Scheiben produzieren – eine Schlüsselinformation für Forscher, die an Modellen der Planetengeburt arbeiten.
Dank des direkten Nachweises ist der Exoplanet unmittelbar weiteren astronomischen Beobachtungstechniken zugänglich – etwa der genauen Analyse seines Lichts mithilfe der Spektroskopie. Daher sollen detaillierte Untersuchungen der von Kappa Andromedae b über einen breiten Wellenlängenbereich hinweg ausgesandten Strahlung jetzt Daten zur chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre des Gasriesen liefern. Außerdem wollen die Forscher seine Bahndaten genauer bestimmen und mögliche weitere Planeten nachweisen.
Mit diesen zusätzlichen Informationen sollten sich sowohl die Einzelheiten der Entstehung des Super-Jupiters nachvollziehen als auch allgemeinere Aussagen über die Planetenentstehung bei massereichen Sternen ableiten lassen.
MP / HOR / DE
