Bilder von Exoplaneten

Gestern hat Ludmila ja schon darüber berichtet: Astronomen haben das erste Mal direkt einen Planeten um einen anderen Stern beobachtet. Die Pressemeldung dazu spricht auch vom „First Picture of Likely Planet around Sun-like Star“.

Richtigerweise hat Ludmila ein „?“ hinter ihre Überschrift gesetzt – denn es ist noch lange nicht klar, ob da wirklich ein Planet entdeckt wurde. Und es ist auch nicht wirklich das erste Bild das gemacht wurde. Genaugenommen ist es die sechste direkte Aufnahme eines Planetenkandidaten.

Direct Imaging

Extrasolare Planeten direkt zu beobachten („direct imaging„) ist extrem schwer. Astronomen haben zwar mittlerweile schon über 300 Exoplaneten entdeckt – aber dabei immer indirekte Methoden verwendet (Beispielsweise bringt die gravitative Kraft, die ein Planet auf einen Stern ausübt den Stern zum „Wackeln“ – und das lässt sich nachweisen).

Direkte Aufnahmen sind da viel schwerer. Im Vergleich zu einem Stern ist ein Planet winzig. Außerdem strahlt ein Planet selbst kein Licht ab sondern reflektiert nur das Licht des Sterns. Der Stern ist dabei enorm viel heller als der Planet und überstrahlt diesen meist völlig. Man braucht daher große Teleskope, viel ausgeklügelte Filtertechnik und etwas Glück. Und selbst dann lassen sich nur große Planeten finden die sehr weit von ihrem Stern entfernt sind. „Groß“ bedeutet hier deutlich größer als Jupiter (der größte Planet in unserem Sonnensystem) und „weit entfernt“ bedeutet viel weiter vom Stern entfernt als die Planeten in unserem Sonnensystem von der Sonne entfernt sind.

Und selbst wenn man dann Glück hat und ein kleines Objekt in der Nähe eines Sterns findet ist es schwer, herauszufinden, ob es wirklich ein Planet ist. Es könnte sich dabei auch z.B. um einen Stern oder eine Galaxie im Hintergrund handeln. Man muss also den Stern und den möglichen Planeten über Jahre hinweg beobachten. Denn Sterne bewegen sich ja am Himmel – und wenn sich das unbekannte Objekt mit dem Stern mit bewegt, dann kann man ein Hintergrundobjekt ausschließen. Um wirklich sicher zu sein, dass es sich um einen Planeten handelt, muss man allerdings noch seine Masse kennen. Denn es könnte ja immer noch ein kleiner Stern oder ein brauner Zwerg (ein „Mittelding“ zwischen Planet und Stern in dessen Inneren für eine kurze Zeit Fusionsprozesse stattfinden können) sein.

Mit den indirekten Methoden kann man (innerhalb gewisser Grenzen) die Masse relativ einfach bestimmen. Bei der direkten Beobachtung ist das viel schwerer. Man muss sich hier entweder auf theoretische Modelle verlassen aus denen sich die Masse oft nur sehr ungenau bestimmen lässt. Oder man beobachtet den Kandidaten über Jahre hinweg um so seine Bahn zu bestimmen. Daraus lässt sich dann auch die Masse berechnen.

Trotz all dieser Schwierigkeiten ist die direkte Beobachtung von Exoplaneten sehr wichtig! Denn im Gegensatz zu den indirekten Methoden erhalten wir hier direkt das Licht (bzw. die Strahlung) die vom Planeten ausgesandt wird. Und dieses Licht kann man dann analysieren – dass ist bei indirekten Beobachtungen nicht möglich. Aus der Analyse dieses Lichts lassen sich dann Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Planeten und seiner Atmosphäre ziehen! Und diese Informationen sind unbedingt nötig wenn man die extrasolaren Planeten komplett verstehen will.

Ich möchte nun die bisher direkt beobachteten Planeten vorstellen. Wenn ich im folgenden vom „Bild eines Planeten“ spreche, dann meine ich allerdings fast immer Aufnahmen im Infrarot-Bereich. Es sind also eigentlich Wärmebilder der Planeten (Infrarotstrahlung lässt sich in diesem Fall viel besser beobachten als sichtbares Licht).

2M1207

2004 wurde ein Planet direkt beobachtet der 2M1207 umkreist. Das ist allerdings kein Stern: 2M1207 ist ein brauner Zwerg. Ein brauner Zwerg kann zwar in seinem Inneren auch für eine gewisse Zeit Energie und Strahlung durch Kernfusion erzeugen – allerdings kann er im Gegensatz zu echten Sternen keinen Wasserstoff fusionieren.

Auf dieser Aufnahme der Europäischen Südsternwarte (ESO) sieht man den braunen Zwerg und links unten den Planeten der ihn in einer Entfernt von 55 Astronomischen Einheiten umkreist (das ist weiter entfernt als Pluto von unserer Sonne entfernt ist).
Der Planet ist drei- bis zehnmal so schwer wie Jupiter – liegt also sicher noch im Bereich der Planeten (bei etwa der dreizehnfachen Jupitermasse beginnt der Übergang zwischen Planeten und braunen Zwergen).
Auch wenn dies tatsächlich die erste direkte Aufnahme eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystem ist, „zählt“ sie für manche Astronomen nicht wirklich. Denn der Planet umkreist ja einen braunen Zwerg und keinen echten Stern.

GQ Lupi

Ein Jahr später wurde dann das nächste „erste“ Bild eines Planeten veröffentlicht. Astronomen der Sternwarte in Jena (damals hatte ich gerade angefangen, dort zu arbeiten) haben das Bild eines möglichen Planeten veröffentlicht der diesmal einen echten Stern umkreist:

GQ Lupi ist ein Stern vom Spektraltyp K7. Er ist nur etwa halb so heiß wie unsere Sonne. Bei solchen kühleren Sternen lassen sich natürlich leichter Planeten finden denn sie strahlen nicht so hell. Die Astronomen konnten auch nachweisen, dass sich das Objekt, das sich etwa 100 Astronomische Einheiten vom Stern entfernt befindet, gemeinsam mit den Stern bewegt. Das große Problem hier war die Bestimmung der Masse. Anhand der theoretischen Modelle konnte sie nicht wirklich gut eingegrenzt werden: zwischen etwa 2 Jupitermassen (Planet) und 40 Jupitermassen (brauner Zwerg) ist alles möglich. Um hier Gewissheit zu erlangen muss man wohl noch ein paar Jahre warten und die Bahn des Objekts um den Stern bestimmen. Dann kann man auch die Masse exakt berechnen.

AB Pic

Fast zeitgleich (wenn auch ein bisschen später) mit GQ Lupi wurde auch die Entdeckung eines Planeten um den Stern AB Pic bekanntgegeben. Auch AB Pic ist ein Stern vom Typ K. Der Planet befindet sich allerdings noch weiter entfernt als der Planet von GQ Lupi: 275 Astronomische Einheiten!

Auch hier stellt die Masse des Planeten wieder das Problem dar. Sie liegt zwischen 13 und 14 Jupitermassen – und damit genau an der (nicht klar definierbaren) Grenze zwischen Planeten und braunen Zwergen. So wie bei GQ Lupi weiß man also auch bei AB Pic nicht, ob es sich wirklich um einen Planeten handelt oder vielleicht doch um einen braunen Zwerg.

SCR 1845

2006 konnte man auch einen Begleiter des Sterns SCR 1845 direkt beobachten. SCR 1845 ist ein sehr kühler Stern vom Typ M. Sein Begleiter ist ihm diesmal sehr nahe – er befindet sich in einem Abstand von knapp 5 Astronomischen Einheiten (das entspricht in etwa dem Abstand des Jupiter von der Sonne).

Hierbei handelt es sich aber mit ziemlicher Sicherheit um einen braunen Zwerg und keinen Planeten. Die Masse könnte zwar unter Umständen klein genug für einen Planeten sein – aber selbst die Entdecker sprechen in ihrem Artikel von einem „brown dwarf companion“ und nicht von einem Planeten.

UscoCTIO 108

2007 fanden Astronomen aus Harvard einen doppelten Spezialfall: Der Stern UscoCTIO 108 hat eine sehr geringe Masse – es könnte sich bei ihm auch um einen braunen Zwerg handeln. Der Begleiter, der ihn in einer Entfernung von 670 (!) astronomischen Einheiten umkreist hat eine Masse die zwischen 6 und 16 Jupitermassen liegt; kann also ein Planet oder ein brauner Zwerg sein.

Es kann sich bei diesem System also vielleicht um einen Planet handeln, der einen kleinen Stern umkreist. Oder einen braunen Zwerg der sich um den Stern bewegt. Oder wie bei 2M1207 um einen Planet im Orbit um einen braunen Zwerg. Am wahrscheinlichsten ist es allerdings, dass es sich um ein Doppelsystem zweier brauner Zwerge handelt.

1RXS J160929.1-210524

Der Stern mit dem schönen Namen 1RXS J160929.1-210524 ist derjenige, über den auch schon Ludmila geschrieben hat. Vor ein paar Tagen wurde – wieder einmal – die „erste“ direkte Beobachtung eines möglichen Planeten um einen Stern bekanntgegeben:

Bei dem Stern handelt es sich wieder um einen vom Typ K7 (so wie GQ Lupi). Das „sonnenähnlich“ aus der Pressemitteilung ist deswegen auch ein wenig übertrieben. Die Sonne (Typ G) ist deutlich heißer als 1RSX und mit einem Alter von 5 Milliarden Jahren auch deutlich älter als 1RXS mit nur 5 Millionen Jahren. Der Planet ist etwa achtmal so schwer wie Jupiter und befindet sich 330 Astronomische Einheiten vom Stern entfernt.
Der wissenschaftliche Artikel zu dieser Entdeckung wurde allerdings noch nicht veröffentlicht; man weiß außerdem noch gar nicht, ob der Planet wirklich ein Planet ist! Man hat noch nicht untersucht, ob sich beide Himmelskörper gemeinsam bewegen oder ob es sich nicht doch nur um einen Hintergrundstern handelt. Das wird man erst in ein paar Jahren feststellen können.

CT Cha

Ganz aktuell ist eine weitere Entdeckung der Astronomen von der Universitätssternwarte in Jena. Um den Stern CT Cha konnte ein möglicher Planet direkt beobachtet werden:

Bild: Tobias Schmidt, AIU Jena

CT Cha ist ein sehr junger Stern der erst einige Millionen Jahre alt ist. Der mögliche Planet befindet sich 440 astronomische Einheiten vom Stern entfernt und hat eine Masse die zwischen 11 und 23 Jupitermassen liegt. Es ist also wieder nicht klar, ob es sich um einen Planeten oder einen braunen Zwerg handelt!

Direkte Aufnahmen von Exo“planeten“ gibt es als schon einige. Man kann sich leider im Moment nur nicht wirklich sicher sein, ob es sich bei den Objekten auch wirklich um Planeten handelt. Aber neue und bessere Beobachtungsmethoden werden hier Abhilfe schaffen. Und in spätestens ein paar Jahren wird sicher dann sicher das wirklich „erste“ Bild eines wirklichen Exoplaneten existieren!