Astronomie: Paparazzi im Weltraum

Mehr als 300 Planeten, die um andere Sterne kreisen, haben Astronomen bislang aufgespürt. Direkte Beobachtungen dieser fernen Welten sind allerdings noch die Ausnahme – die meisten dieser „Exoplaneten“ konnten die Himmels forscher nur mit indirekten Methoden nachweisen. Doch jetzt gelang es einem internationalen Team, ein Infrarotfoto von gleich drei Planeten zu schießen, die um einen fernen Stern kreisen. Und einer zweiten Gruppe von Astronomen ist sogar die erste Aufnahme eines Exoplaneten im sichtbaren Licht gelungen, wie sie im Fachmagazin „Science“ berichten.

„Wenn wir bislang neue Planeten bei einem Stern aufgespürt haben, so konnten wir das nur an Abweichungen in Messwerten sehen, die die Geschwindigkeit eines Sterns oder seine Helligkeit zeigen“, sagt Bruce Macintosh vom Lawrence Livermore National Laboratory in den USA. „Doch nun haben wir ein echtes Bild, das die Planeten selbst zeigt – das macht die Sache viel interessanter.“ Denn nun könne man die Bahnbewegung der Planeten direkt verfolgen und aus ihrem Licht künftig sogar Informationen über ihre chemische Zusammensetzung, über ihre Atmosphäre und damit vielleicht sogar über die Existenz von Leben gewinnen.

© Nasa

Macintosh und seine Kollegen hatten den 130 Lichtjahre entfernten Stern HR 8799 zunächst im Oktober 2007 mit dem Gemini-Nord-Teleskop auf Hawaii beobachtet. Sie nutzten dazu Strahlen, deren Wellenlänge im nahen Infrarot bereich liegt. Dabei entdeckten die Forscher zwei unscheinbare Pünktchen in der Umgebung des Sterns. Noch war es zu früh zum Jubeln, denn es gab zahlreiche Fehlerquellen, die die Astronomen zunächst ausschließen mussten.

Denn die direkte Beobachtung eines Planeten bei einem anderen Stern ist ungeheuer schwierig. Von der Erde aus gesehen steht ein solcher Planet extrem dicht bei dem Stern – und wird von dessen Helligkeit hoffnungslos überstrahlt. Die Astronomen müssen deshalb den Stern mit einer winzigen Blende ab decken, die verbleibende Streustrahlung herausrechnen. Noch konnten sich Macintosh und seine Kollegen also nicht sicher sein, ob es sich bei den von ihnen gesichteten Pünktchen nicht nur um ein Artefakt des Beobachtungsverfahrens handelte – oder auch um weiter entfernte Objekte im Hintergrund.

Klarheit brachten schließlich weitere Beobachtungen in diesem Sommer mit einem der beiden ebenfalls auf Hawaii stehenden Keck-Teleskope. Die Aufnahmen zeigten nicht nur zwei, sondern sogar drei kleine Punkte neben dem Stern – und diese Punkte bewegten sich auf Bahnen um den Stern herum. Es handelt sich also tatsächlich um drei Planeten, die HD 8799 umkreisen. Die Himmelskörper ziehen ihre Bahnen im 25-, 40- und 70-fachen Abstand Erde–Sonne um ihren Stern. Ihre Massen sind zwischen sieben- und zehnmal so hoch wie die des Jupiter, des schwersten Planeten in unserem Sonnensystem.

HR 8799 ist mit einem Alter von 60 Millionen Jahren ein noch junger Stern. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist 4,5 Milliarden Jahre alt. Die Planeten des Sterns sind deshalb ebenfalls jung und glühen noch – und verraten sich deshalb leichter durch ihre Infrarotstrahlung als ältere Planeten. Die Beobachtungen von HR 8799 gehören zu einem Projekt, bei dem die Astronomen 80 junge Sterne in der näheren Nachbarschaft unserer Sonne auf Planeten untersuchen wollen. Mac intosh und seine Kollegen betonen, dass sie die drei Planeten bereits nach der Beobachtung einiger weniger Sterne gefunden hätten. Es sei also sehr wahrscheinlich, dass es bei vielen dieser Sterne ähnliche Systeme mit Riesenplaneten gebe.

Ebenfalls einen Riesenplaneten mit etwa der Masse des Jupiter haben Paul Kalas von der Universität von Kalifornien in Berkeley und sein Team bei dem nur 25 Lichtjahre entfernten Stern Fomalhaut aufgespürt. Fomalhaut im Sternbild Südlicher Fisch zählt zu den hellsten Sternen am Himmel.

Seit langem ist bekannt, dass Fomalhaut von einem kühlen Staubring umgeben ist, der Ähnlichkeit mit dem Kuipergürtel am äußeren Rand unseres Sonnensystems besitzt. Dieser Ring ist nach innen scharf begrenzt – für die Astronomen ein Hinweis auf einen großen Planeten, der innerhalb der Scheibe seine Bahn zieht und mithilfe seiner Schwerkraft kleine Objekte einfängt. Seit vier Jahren haben Kalas und seine Kollegen Fomalhaut regelmäßig mit dem Weltraumteleskop „Hubble“ beobachtet, um nach diesem Planeten zu suchen.

Auf zwei Aufnahmen aus den Jahren 2004 und 2006 konnten sie nun nach aufwendiger Bearbeitung der Bilder ein weiteres lichtschwaches Objekt sichtbar machen – und wiederum bestätigt die Bewegung dieses Objekts, dass es sich um einen Planeten handeln muss, der um Fomalhaut kreist. Der jupitergroße Begleiter ist 119-mal so weit von dem Stern entfernt wie die Erde von der Sonne und benötigt 872 Jahre für einen Umlauf.

„Dass diese Entdeckung im Bereich des sichtbaren Lichts möglich war, ist eine große Überraschung“, sagt Kalas. Denn bei dem großen Abstand von Fomalhaut reflektiere ein Planet von der Größe Jupiters eigentlich viel zu wenig Licht, um noch sichtbar zu sein. „Eine mögliche Erklärung wäre, dass der Planet von einem gewaltigen Ringsystem umgeben ist, das viel größer ist als das des Saturns.“ Diese Ringe würden das Licht des Sterns ebenfalls reflektieren und so den Planeten insgesamt heller erscheinen lassen.

Sowohl bei HR 8799 als auch bei Fomalhaut lassen die Umlaufbahnen der Riesenplaneten ausreichend Platz für erdähnliche Planeten, die sich näher an den Sternen befinden müssten. Noch liegen solche Planeten weit jenseits der Nachweismöglichkeiten der Astronomen. Doch die Bilder der Riesenplaneten machen Hoffnung, dass schon mit der nächsten Generation von Fernrohren – wie dem als Nachfolger für Hubble geplanten James-Webb-Teleskop – eine direkte Beobachtung erdähnlicher Planeten bei anderen Sternen möglich ist.