Die Suche nach Planeten um andere Sterne hat mittlerweile eine neue Phase erreicht: Inzwischen ist es den Astronomen nämlich gelungen, solche Begleiter um ferne Sonnen in Einzelfällen auch direkt zu fotografieren. Bei einem 130 Lichtjahre entfernten Stern im Sternbild Pegasus konnten sie im vergangenen Jahr auf diese Weise gleich drei Planetenkandidaten finden. Schon früher war bei diesem Stern eine Strahlung bemerkt worden, die von einer den Stern umgebenden Staubscheibe stammen musste. Eine Forschergruppe aus Jena hat nun die aus verschiedenen Quellen stammenden Daten dieses mutmaßlichen Planetensystems analysiert, um herauszufinden, ob sie sich zu einer plausiblen Gesamtansicht zusammenfügen lassen.
"Es gibt sehr viele verschiedene Daten, auch sehr neue Daten, die vorher noch nicht überprüft wurden, und alle wurden mit verschiedenen Methoden aufgenommen. Daher war es sehr interessant zu prüfen, ob überhaupt alle Daten zusammenpassen und ob sich ein konsistentes Bild ergibt."
So beschreibt Tobias Schmidt, Doktorand an der Universitätssternwarte Jena, das Ziel der Untersuchungen. Um Licht in die Datenfülle zu bringen, mussten die Forscher zuerst die eher vagen Angaben über das Alter des Sterns eingrenzen. Die Angaben schwankten zwischen 30 Millionen und 1,1 Milliarden Jahren, doch je genauer das Alter des Sterns und seiner Begleiter bekannt ist, desto genauer lässt sich aus der gemessenen Temperaturstrahlung der Planeten auch ihre Masse ableiten. Mit fortschreitendem Alter kühlen die bei ihrer Entstehung aufgeheizten Planeten nämlich langsam ab. Und weil diese Abkühlrate von der Masse der Objekte abhängt nach dem Motto "je massereicher, desto langsamer", führt ein hohes Alter zwangsläufig zu einer großen Planetenmasse; ein geringeres Alter dagegen liefert die gleiche aktuelle Planetentemperatur dagegen auch mit kleinerer Masse. Die Kenntnis der Planetenmasse aber ist unabdingbar, wenn man die langfristige Stabilität der Planetenbahnen untersuchen möchte.
"Prinzipiell haben wir die Daten genommen, die vorhanden waren, und – falls nötig – noch einmal neu bearbeitet, damit sie wirklich in unseren Studien verwendet werden konnten, und haben dann versucht, die verschiedensten Aspekte zu untersuchen. Also wir haben versucht, die Planeten genauer zu bestimmen, wir haben versucht, die Orientierung des Systems zu untersuchen, wir haben versucht, die Staubscheiben, die in dem System vorhanden sind, genauer zu lokalisieren, ... und am Ende dann versucht, die verschiedensten Aspekte des Systems in Zusammenhang zu bringen und miteinander zu überprüfen."
Die aus den unterschiedlichen Beobachtungsdaten abgeleiteten Randbedingungen verwiesen zusammen mit ersten Zwischenergebnissen auf ein vergleichsweise geringes Alter des Systems von etwa 30 bis 50 Millionen Jahren. Darauf aufbauend konnten die Jenaer Astronomen das Bild eines Planetensystems entwerfen, das wie eine stark vergrößerte Version zumindest des äußeren Sonnensystems erscheint:
Die drei Planeten – allesamt deutlich massereicher als Jupiter, der größte Planet im Sonnensystem – umrunden ihren Zentralstern in rund 25-, 42- und 75-fachem Abstand Sonne-Erde; damit sind sie drei- bis fünfmal weiter von ihrem Stern entfernt als die äußeren Planeten Jupiter, Saturn und Neptun von der Sonne. Die schon in den 1980er-Jahren gemessene Infrarotstrahlung stammt dagegen von zwei Staubzonen innerhalb und außerhalb dieser Planetenbahnen. Entsprechend erinnert die innere Zone an den Asteroidengürtel zwischen Mars- und Jupiterbahn, die äußere an den Kuiper-Gürtel jenseits der Neptunbahn. Noch einmal Sebastian Müller:
"Natürlich gibt es noch eine Vielzahl anderer Systeme, die untersucht werden können, vielleicht nicht in dieser Breite von Aspekten, aber doch im Detail in den Einzelaspekten und dadurch dann immer Einzeleinsichten in die verschiedenen Aspekte eines Systems gefunden werden können."
Mit ihren grundlegenden Untersuchungen haben die Jenaer Astrophysiker aufgezeigt, wie man in Zukunft die mitunter lückenhaften Daten über Planetensysteme um andere Sterne systematisch verbessern kann. Je mehr Daten von solchen Systemen bekannt sind, desto eher lassen sich daraus auch Vergleiche zum Sonnensystem anstellen, die Rückschlüsse auf die Frühgeschichte von Erde, Sonne und Planeten ermöglichen.
"Es gibt sehr viele verschiedene Daten, auch sehr neue Daten, die vorher noch nicht überprüft wurden, und alle wurden mit verschiedenen Methoden aufgenommen. Daher war es sehr interessant zu prüfen, ob überhaupt alle Daten zusammenpassen und ob sich ein konsistentes Bild ergibt."
So beschreibt Tobias Schmidt, Doktorand an der Universitätssternwarte Jena, das Ziel der Untersuchungen. Um Licht in die Datenfülle zu bringen, mussten die Forscher zuerst die eher vagen Angaben über das Alter des Sterns eingrenzen. Die Angaben schwankten zwischen 30 Millionen und 1,1 Milliarden Jahren, doch je genauer das Alter des Sterns und seiner Begleiter bekannt ist, desto genauer lässt sich aus der gemessenen Temperaturstrahlung der Planeten auch ihre Masse ableiten. Mit fortschreitendem Alter kühlen die bei ihrer Entstehung aufgeheizten Planeten nämlich langsam ab. Und weil diese Abkühlrate von der Masse der Objekte abhängt nach dem Motto "je massereicher, desto langsamer", führt ein hohes Alter zwangsläufig zu einer großen Planetenmasse; ein geringeres Alter dagegen liefert die gleiche aktuelle Planetentemperatur dagegen auch mit kleinerer Masse. Die Kenntnis der Planetenmasse aber ist unabdingbar, wenn man die langfristige Stabilität der Planetenbahnen untersuchen möchte.
"Prinzipiell haben wir die Daten genommen, die vorhanden waren, und – falls nötig – noch einmal neu bearbeitet, damit sie wirklich in unseren Studien verwendet werden konnten, und haben dann versucht, die verschiedensten Aspekte zu untersuchen. Also wir haben versucht, die Planeten genauer zu bestimmen, wir haben versucht, die Orientierung des Systems zu untersuchen, wir haben versucht, die Staubscheiben, die in dem System vorhanden sind, genauer zu lokalisieren, ... und am Ende dann versucht, die verschiedensten Aspekte des Systems in Zusammenhang zu bringen und miteinander zu überprüfen."
Die aus den unterschiedlichen Beobachtungsdaten abgeleiteten Randbedingungen verwiesen zusammen mit ersten Zwischenergebnissen auf ein vergleichsweise geringes Alter des Systems von etwa 30 bis 50 Millionen Jahren. Darauf aufbauend konnten die Jenaer Astronomen das Bild eines Planetensystems entwerfen, das wie eine stark vergrößerte Version zumindest des äußeren Sonnensystems erscheint:
Die drei Planeten – allesamt deutlich massereicher als Jupiter, der größte Planet im Sonnensystem – umrunden ihren Zentralstern in rund 25-, 42- und 75-fachem Abstand Sonne-Erde; damit sind sie drei- bis fünfmal weiter von ihrem Stern entfernt als die äußeren Planeten Jupiter, Saturn und Neptun von der Sonne. Die schon in den 1980er-Jahren gemessene Infrarotstrahlung stammt dagegen von zwei Staubzonen innerhalb und außerhalb dieser Planetenbahnen. Entsprechend erinnert die innere Zone an den Asteroidengürtel zwischen Mars- und Jupiterbahn, die äußere an den Kuiper-Gürtel jenseits der Neptunbahn. Noch einmal Sebastian Müller:
"Natürlich gibt es noch eine Vielzahl anderer Systeme, die untersucht werden können, vielleicht nicht in dieser Breite von Aspekten, aber doch im Detail in den Einzelaspekten und dadurch dann immer Einzeleinsichten in die verschiedenen Aspekte eines Systems gefunden werden können."
Mit ihren grundlegenden Untersuchungen haben die Jenaer Astrophysiker aufgezeigt, wie man in Zukunft die mitunter lückenhaften Daten über Planetensysteme um andere Sterne systematisch verbessern kann. Je mehr Daten von solchen Systemen bekannt sind, desto eher lassen sich daraus auch Vergleiche zum Sonnensystem anstellen, die Rückschlüsse auf die Frühgeschichte von Erde, Sonne und Planeten ermöglichen.