Weiterer Planet im Beta-Pictoris-System entdeckt

Ein internationales Forschungsteam hat einen dritten Planeten entdeckt, der die zweithellste Sonne in der Konstellation „Bildhauer“ umkreist. Der neue Planet Beta Pictoris d ist einhundertmal lichtschwächer als Beta Pic­to­ris b – der erste in diesem System nachgewiesene Planet – und gehört zu den leichtesten Exoplaneten, die jemals von der Erde aus direkt abgebildet werden konnten.

Nachdem das Team den Planeten mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (VLT der ESO) und dessen neuem Instrument ERIS aufgespürt hatte, machten die Forschenden unter der Leitung von Ben Sutlieff (University of Edinburgh) und Markus Bonse (ESO und MPI für Intelligente Systeme) eine weitere Entdeckung: Der Planet hatte sich bereits in anderen Beobachtungsdaten verborgen, die über einen Zeitraum von mehr als zehn Jahren gesammelt worden waren.

Diese Aufnahme zeigt den neu entdeckten Planeten β Pic d (Pfeil). Die Position des Sterns ist in der Mitte des Bildes markiert; sein Licht wurde jedoch herausgerechnet. β Pic b ist hell in derlinken Bildhälfte, β Pic c ist nicht sichtbar da zu nah am Stern

Quelle: ESO / B. Sutlieff, M. Bonse et al.

Unabhängig davon wies ein weiteres Team unter der Leitung von Aidan Gibbs (UC San Diego) denselben Planeten mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) nach. Beide Ergebnisse ergänzen sich hervorragend. „Während wir im direkten Licht von Beta Pictoris d fundamentale Eigenschaften wie seine Temperatur und Masse bestimmen können, entschlüsseln die Webb-Spektren die Atmosphäre des Planeten. Sie zeigen Signaturen von Methan, Kohlenmonoxid und Wasserdampf“, erklärt Matthews, die maßgeblich an der atmosphärischen Interpretation der VLT-Beobachtungen beteiligt war.

Dieser Fund war eine Überraschung, denn das Team hatte das Beta-Pictoris-System eigentlich im Visier, um Helligkeitsschwankungen des Planeten Beta Pictoris b zu untersuchen. Bei der Analyse der Aufnahmen stießen die Forschenden jedoch auf ein weiteres Signal abseits von Beta Pictoris b, das die Forschung in eine völlig neue Richtung lenkte.

Um die Entdeckung abzusichern, durchforstete das Team das wissenschaftliche Datenarchiv der ESO. In diesen historischen Aufnahmen, die bis zu elf Jahre zurückreichen, wurden sie tatsächlich fündig: Der neu entdeckte Planet war auf mehreren Bildern zu sehen – auf einem davon hob er sich nur hauchdünn vom blendenden Schein seines größeren Nachbarn Beta Pictoris b ab. Planet d hatte offenbar über ein Jahrzehnt lang mit der Astronomie Verstecken gespielt.

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Rasant rotierender Riesenplanet

Beta Pictoris d ist, wie die beiden anderen Planeten des Systems, ein Gasriese ähnlich wie Jupiter oder Saturn. Während die beiden anderen Himmelskörper jeweils etwa die zehnfache Jupitermasse aufweisen, hat Beta Pictoris d nur die 2,4-fache. Damit ist er einer der leichtesten Planeten, die je direkt von der Erde aus fotografiert wurden. Da seine Größe die des Jupiters nur um etwa dreißig Prozent übertrifft, dürfte Beta Pictoris d den Gasriesen unseres eigenen Sonnensystems deutlich ähnlicher sein als die meisten anderen bekannten Exoplaneten.

Allerdings zieht der neue Planet seine Bahn in weitaus größerer Entfernung als jeder bekannte Gasriese in unserem Sonnensystem oder im Beta-Pictoris-System selbst. Sein Bahnradius von 26 Astronomischen Einheiten würde ihn in unserem Sonnensystem zwischen Uranus und Neptun platzieren. Für einen Umlauf benötigt er 91 Jahre.

Mit einer geschätzten Oberflächentemperatur von rund 325 Grad Celsius ist Beta Pictoris d wesentlich heißer als die Gasplaneten unseres Sonnensystems. Das liegt am geringen Alter des Beta-Pictoris-Systems, das auf etwa 23 Millionen Jahre geschätzt wird. Die Planeten sind durch ihre Entstehung noch aufgeheizt und strahlen weiterhin Wärme ab, während sie sich unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenziehen. Im Laufe der Zeit wird auch Beta Pictoris d abkühlen, so wie es einst bei Jupiter und Saturn der Fall war. Verglichen mit vielen anderen direkt abgebildeten Gasriesen ist dieser Planet jedoch relativ kühl und strahlt im Vergleich zu seinem Mutterstern extrem schwach.

Um die Entdeckung eines Planeten zweifelsfrei zu bestätigen, müssen Astronom:innen normalerweise neue, zeitintensive Folgebeobachtungen durchführen. „Dieses System war jedoch bereits so intensiv untersucht worden, dass in den Wissenschaftsarchiven der ESO und des JWST zahlreiche Aufnahmen vorlagen“, sagt Iain Hammond vom MPI für Astronomie, der die Beobachtungsdaten aus einem ganzen Jahrzehnt gesichtet und ausgewertet hat. „Als wir wussten, wo wir nach dem potenziellen neuen Planeten suchen mussten, zeigte sich, dass er sich die ganze Zeit über in den Daten verbarg.“ Diese Entdeckung ist ein Paradebeispiel dafür, wie Open Data die Wissenschaft unterstützt und voranbringt.

Beta Pictoris ist nach [🔎] HR 8799 erst das zweite System, in dem mehr als zwei Planeten direkt abgebildet werden konnten. „Systeme mit mehreren direkt abgebildeten Exoplaneten sind der ‚Heilige Gral‘ der beobachtenden Astronomie. Sie verraten uns sehr viel darüber, wie sich unterschiedliche Planeten unter exakt denselben Entstehungsbedingungen entwickeln“, betont Ben Sutlieff.

„Dieser neue Planet ist besonders wertvoll, da er Teil eines Drei-Planeten-Systems ist und zu einer Sterngruppe gehört, deren Alter sehr präzise bestimmt ist“, ergänzt Elisabeth Matthews, ebenfalls vom MPIA. „Das bietet uns die seltene Gelegenheit, die Atmosphären von Planeten in einer kontrollierten Umgebung direkt miteinander zu vergleichen und zu verstehen, wie der Stern, den sie umkreisen, ihre Entstehung und Entwicklung beeinflusst. Wir haben festgestellt, dass die Atmosphäre von Beta Pictoris d verblüffende Ähnlichkeiten mit der von 51 Eri b aufweist – einem Planeten, der derselben Sterngruppe angehört.“

Beta Pictoris d löst zudem ein langjähriges Rätsel innerhalb seines Heimatsystems: Er besitzt genau die richtige Masse und befindet sich an der exakten Position, um die ungewöhnliche Form der umgebenden Trümmerscheibe zu erklären. Diese Staub- und Gesteinsscheibe besteht aus den Überbleibseln der Planetenentstehung.

Der Erfolg dieser Entdeckung macht Mut für künftige Suchkampagnen nach schwach leuchtenden Planeten, die sich auf bestehenden Aufnahmen verborgen halten könnten. Neue Impulse erhofft sich die Fachwelt unter anderem vom Extremely Large Telescope (ELT) der ESO mit seinen Instrumenten der ersten Generation, MICADO und METIS, sowie vom Koronografen an Bord des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops der NASA, dessen Start für den 30. August geplant ist. [ESO / dre]