Chile: Vermutlich masseärmsten Exoplaneten entdeckt

Ein Astronomenteam mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg hat mit dem Very Large Telescope der ESO ein Bild eines lichtschwachen Objekts aufgenommen, das sich in der Nähe eines hellen Sterns bewegt. Mit einer geschätzten Masse von vier bis fünf Jupitermassen wäre es der masseärmste Planet, der bisher außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet wurde. Diese Entdeckung ist ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen.

Obwohl mittlerweile fast eintausend extrasolare Planeten indirekt nachgewiesen werden konnten – meist unter Verwendung der Radialgeschwindigkeits- oder der Transitmethode – und noch viele weitere Kandidaten darauf warten bestätigt zu werden, wurde bislang nur ein Dutzend Exoplaneten direkt beobachtet. Neun Jahre nachdem mit dem Very Large Telescope der ESO die erste Aufnahme eines Exoplaneten überhaupt gelungen ist, hat dasselbe Wissenschaftlerteam, das damals den planetaren Begleiter des Braunen Zwergs 2M1207 (eso0428) entdeckte, nun das vermutlich bislang leichteste dieser Objekte mit der Kamera eingefangen.

„Die direkte Abbildung von extrasolaren Planeten ist eine besonders anspruchsvolle Methode, die die allerbesten Instrumente erfordert, entweder bodengebunden oder im Weltall”, erklärt Julien Rameau vom Institut de Planetologie et d’Astrophysique de Grenoble in Frankreich, der Erstautor des Fachartikels, in dem die Entdeckung bekanntgegeben wird. „Nur einige wenige Planeten wurden bislang direkt beobachtet, was jede einzelne Entdeckung zu einem wichtigen Meilenstein auf dem Weg zum Verständnis von Gasplaneten und ihrer Entstehung macht.”

In den neuen Beobachtungen taucht der Planetenkandidat als lichtschwacher, aber deutlich sichtbarer Punkt nahe dem Stern HD 95086 auf. Anschließende Beobachtungen haben dann gezeigt, dass er sich zusammen mit dem Stern langsam über den Himmel bewegt. Das wiederum legt die Vermutung nahe, dass dieses Objekt, das die Bezeichnung HD 95086b erhalten hat, sich auf einer Umlaufbahn um den Stern befindet. Anhand seiner Helligkeit lässt sich seine Masse auf einen Wert von vier bis fünf Jupitermassen eingrenzen.

Das Astronomenteam hat seine Beobachtungen mit NACO durchgeführt, einer Kamera mit adaptiver Optik, die an einem der 8,2-Meter Hauptteleskope des Very Large Telescope (VLT) der ESO montiert ist und die zu großen Teilen in Deutschland entwickelt und gebaut wurde. Dieses Instrument ermöglicht es, die durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre verursachte Unschärfe der Bilder zu beseitigen. Die Beobachtungen wurden im Infrarotbereich unter Verwendung der sogenannten differentiellen Abbildung durchgeführt, wobei sich der Kontrast zwischen dem Planeten und dem blendend hellen Stern nochmal verbessert.

Der neuentdeckte Planet umläuft den jungen Stern HD 95086 in einer Entfernung, die in etwa dem 56-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne entspricht, bzw. dem doppelten Abstand zwischen Sonne und Neptun. Der Stern selbst ist etwas massereicher als die Sonne und ist von einer Staubscheibe umgeben. Aufgrund dieser Eigenschaften kann man den Stern als idealen Kandidaten für das Beherbergen eines jungen, massereichen Planeten ausmachen. Das System ist etwa 300 Lichtjahre von uns entfernt.

Das junge Alter des Sterns von nur etwa 10 bis 17 Millionen Jahren brachte die Astronomen zu der Erkenntnis, dass der neuentdeckte Planet wahrscheinlich innerhalb der Gas- und Staubscheibe, die den Stern umgibt, entstanden ist. „Seine derzeitige Position wirft Fragen über seine Entstehung auf. Entweder ist er auf seine derzeitige Größe gewachsen, indem er zuerst das Gestein angesammelt hat, das seinen festen Kern bildet, und anschließend langsam das Gas aus der Umgebung angezogen hat, das seine dichte Atmosphäre bildet, oder aber er ist aus einem Gasklumpen entstanden, der sich durch Gravitationsinstabilitäten in der Scheibe ausgebildet hat”, erläutert Anne-Marie Lagrange, ein weiteres Mitglied des Teams. „Wechselwirkungen zwischen dem Planeten und der Scheibe selbst oder mit einem anderen Planeten könnten ebenfalls dafür gesorgt haben, dass sich der Planet von seinem Geburtsort wegbewegt hat.” Die Modellierung dieser Entstehungszenarien des Planeten war die Aufgabe der Heidelberger Wissenschaftler Christoph Mordasini und Hubertus Klahr.

Gaël Chauvin, ein weiteres Mitglied der Gruppe, folgert: „Aus den Helligkeiten von Stern und Planet ergibt sich, dass HD 95086b eine Temperatur von etwa 700 Grad Celsius hat. Das ist kühl genug für die Existenz von Wasserdampf oder vielleicht sogar Methan in der Atmosphäre. Er wird ein großartiges Objekt für Untersuchungen mit dem in Kürze bereitstehenden SPHERE-Instrument am VLT sein. Vielleicht kann man damit sogar weitere Planeten im Inneren des Systems sichtbar machen – wenn es sie denn gibt.”