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Nasa-Weltraumteleskop „Hubble“ gelingt äußerst seltene Aufnahme

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Von: Tanja Banner

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Künstlerische Darstellung des Exoplaneten, der sich um den Stern AB Aurigae in der Entstehung befindet.
Künstlerische Darstellung des Exoplaneten, der sich um den Stern AB Aurigae in der Entstehung befindet. © NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Zwei große Teleskope kommen zum Einsatz, um einen ganz besonderen Exoplaneten nicht nur zu entdecken, sondern sogar abzubilden.

Hawaii – Mehr als 5000 Exoplaneten – Planeten, die um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems kreisen – sind der Forschung bisher bekannt. Doch nur die wenigsten von ihnen hat jemals ein Mensch zu Gesicht bekommen, denn die große Mehrheit dieser Exoplaneten wurden mithilfe der sogenannten Transit-Methode entdeckt. Dabei halten Forschende Ausschau nach einer Art „Mini-Sonnenfinsternis“: Zieht ein Planet vor seinem Stern vorbei (genannt Transit), verringert sich kurzzeitig die Helligkeit des Sterns. Daraus können Forschende nicht nur auf einen Exoplaneten schließen, sondern sogar auf weitere Daten wie dessen Größe oder Umlaufzeit.

Nun ist es einem Team gelungen, mithilfe des „Hubble“-Teleskops und des Subaru-Teleskops auf Hawaii einen ganz besonderen Exoplaneten nicht nur zu entdecken. Sie konnten ihn direkt sehen und abbilden – eine Seltenheit bei Exoplaneten. Entdeckt haben die Forschenden um den Astrophysiker Thayne Currie den Exoplaneten, der sich noch mitten in seinem Entstehungsprozess befindet, in einer Umlaufbahn um den Stern AB Aurigae. Dabei handelt es sich um einen jungen, erst 2,4 Millionen Jahre alten Stern, der etwa 560 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Er ist massiver, heißer und heller als die Sonne und etwa in dem Alter, in dem unsere Sonne war, als die Planeten entstanden. Die Forschungsergebnisse hat das Team im Fachjournal Nature Astronomy veröffentlicht.

Weltall: „Hubble“-Weltraumteleskop beobachtet Entstehung von „Baby-Jupiter“

Der Stern ist umgeben von dem Staub und Gas, aus dem er einst entstanden ist. Diesen Staubring kann man in großen Teleskopen sehen, genau wie eine Gasscheibe mit Spiralarmen, die den Stern umgibt. Theoretische Modelle bringen die Spiralarme in Verbindung mit Planeten oder braunen Zwergen – es muss Schwerkraft geben, die das Gas in der Scheibe stört. Aus diesem Grund haben sich die Forschenden auf AB Aurigae und den Staubring konzentriert – und sind fündig geworden.

Eine Aufnahme des Sterns AB Aurigae zeigt die Spiralarme in der Scheibe, die den Stern umgibt. Darin ebenfalls zu sehen: der neu entdeckte Protoplanet AB Aurigae b.
Eine Aufnahme des Sterns AB Aurigae zeigt die Spiralarme in der Scheibe, die den Stern umgibt. Darin ebenfalls zu sehen: der neu entdeckte Protoplanet AB Aurigae b. © T. Currie/Subaru Telescope

Der entstehende Planet (Fachbegriff: Protoplanet), den die Forschenden entdeckt haben, soll etwa neunmal massiver als Jupiter sein und seinen Stern in einer Entfernung von fast 14 Milliarden Kilometern umkreisen – das ist etwa die doppelte Entfernung zwischen Sonne und Pluto. Diese große Entfernung zwischen dem Stern und dem Protoplaneten deutet darauf hin, dass der Planet nicht auf die Art entstehen kann, wie gängige Modelle es vorsehen. „Die Natur ist schlau, sie kann Planeten auf viele verschiedene Arten produzieren“, erklärt Studienleiter Thayne Currie in einer Mitteilung.

Weltall: Jupiter-ähnliche Planeten entstehen laut Theorie durch Kern-Akkretion

Die gängige Theorie besagt, dass Jupiter-ähnliche Planeten durch einen Mechanismus namens Kern-Akkretion entstehen: In der Staub- und Gasscheibe um den Planeten entsteht ein kleines Objekt, das sich durch den Staub immer weiter vergrößert und schließlich Gas sammelt. Doch der entdeckte Protoplanet namens AB Aurigae b ist zu weit von seinem Stern entfernt – in dieser Entfernung würde die Kern-Akkretion zu lange dauern. Offenbar ist ein anderer Mechanismus am Werk, über den in der Forschung bereits länger diskutiert wird: die Scheiben-Instabilität. Bei dieser Theorie kühlt die riesige Scheibe um den Stern ab und Schwerkraft sorgt dafür, dass sie in ein oder mehrere Planeten-Fragmente zerbricht.

Exoplanet aufgespürt: „Hubble“-Teleskop liefert Daten aus der Vergangenheit

In den Staubscheiben um einen Stern den Unterschied zwischen einem jungen Planeten und anderen Elementen der Scheibe auszumachen, ist ein schwieriges Unterfangen. Um dem entstehenden Exoplaneten auf die Schliche zu kommen, benötigten die Forschenden besonders gute Aufnahmen. Die kamen von zwei Instrumenten an Bord des „Hubble“-Weltraumteleskops und vom Subaru-Teleskop in Hawaii. „Dieses System zu interpretieren, ist besonders herausfordernd“, betont Currie. „Das ist einer der Gründe, weshalb wir ‚Hubble‘ für dieses Projekt brauchten – ein klares Bild, um das Licht der Scheibe von einem Planeten zu unterscheiden.“ Auch die Natur half etwas mit, wie es in einer Mitteilung des Esa/Hubble Information Center heißt: Die große Scheibe aus Staub und Gas, die den Stern AB Aurigae umgibt, ist fast perfekt zur Erde gerichtet.

Eine große Rolle bei der Entdeckung des „Baby-Jupiter“ im Anfangsstadium seiner Entwicklung spielt auch die Langlebigkeit des „Hubble“-Weltraumteleskops, das seit April 1990 die Erde umkreist und in die Tiefen des Weltraums schaut. Archivdaten des Teleskops halfen schließlich dabei, nachzuweisen, dass AB Aurigae b tatsächlich ein Planet ist: mithilfe der Aufnahmen konnten die Forschenden die Bewegung des Protoplaneten wahrnehmen – eine Bewegung, wie sie nur ein Planet macht. „Wir konnten diese Bewegung nicht innerhalb von einem oder zwei Jahren wahrnehmen“, erläutert Currie. „‘Hubble‘ lieferte in Kombination mit den Subaru-Daten eine Zeitbasis von 13 Jahren, die ausreichte, um die Bewegung der Umlaufbahn zu erkennen.“

Exoplaneten: „Letztendlich ist die Schwerkraft das Einzige, was zählt“

Sein Co-Autor Olivier Guyon ergänzt: „Dieses Ergebnis stützt sich auf Beobachtungen vom Boden und aus dem Weltraum, und wir können mit Archivbeobachtungen von Hubble in die Vergangenheit zurückgehen“. Guyon ist sich sicher: „AB Aurigae b wurde mittlerweile in mehreren Wellenlängen beobachtet und ein konsistentes Bild ist entstanden – eines, das sehr solide ist.“

Dem Team ist damit nicht nur die direkte Beobachtung eines entstehenden Exoplaneten gelungen – sie haben auch noch gezeigt, dass der Mechanismus der Scheiben-Instabilität offenbar Gasplaneten bilden kann, findet Alan Boss von der Carnegie Institution of Science, der nicht an der Studie beteiligt war. „Diese neue Entdeckung ist ein starker Beweis dafür, dass einige Gasgiganten durch den Scheiben-Instabilitäts-Mechanismus entstehen können“, erklärt Boss. „Letztendlich ist die Schwerkraft das Einzige, was zählt, denn die Überreste des Sternentstehungsprozesses werden durch die Schwerkraft zusammengezogen und bilden so oder so Planeten.“ (Tanja Banner)

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