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Erstes Spektrum im sichtbaren Licht
von Stefan Deiters
astronews.com
22. April 2015
Astronomen ist es erstmals gelungen, das von einem
extrasolaren Planeten reflektierte sichtbare Licht näher zu untersuchen. Sie
konnten dadurch mehr über die Eigenschaften der fernen Welt lernen. Der
untersuchte Planet ist bereits eine Berühmtheit: Es handelt sich nämlich um 51
Pegasi b, den ersten extrasolaren Planeten, der um einen normalen Stern entdeckt
wurde.
So könnte der Exoplanet 51 Pegasi b und sein
Zentralstern aussehen. Bild:
ESO / M. Kornmesser / Nick Risinger (skysurvey.org) [Großansicht] |
51 Pegasi b zählt mit zu den bekanntesten extrasolaren Planeten. Er ist zwar
alles anderes als erdähnlich und gleicht mehr einer heißen Variante unseres
Gasriesen Jupiter, doch war 51 Pegasi b der erste extrasolare Planet, den man
1995 um
einen normalen Stern gefunden hat. Der Planet ist rund 50
Lichtjahre von der Erde entfernt.
Inzwischen kennt man fast 2.000 extrasolare Planeten, doch ihre Untersuchung
ist noch immer schwierig. Um nämlich mehr über ein entferntes Objekt zu
erfahren, müssen Astronomen dessen Licht analysieren können und dies gelingt in
den wenigsten Fällen - und dann auch nicht im sichtbaren Bereich des Lichts.
Doch jetzt schiebt sich 51 Pegasi b erneut ins Rampenlicht der Geschichte der
Erforschung extrasolarer Planeten. Astronomen ist es nämlich gelungen, mithilfe
des Instruments HARPS am 3,6-Meter-Teleskop der europäischen Südsternwarte ESO
in La Silla das Spektrum des sichtbaren Lichts aufzunehmen, das von 51 Pegasi b
reflektiert wurde.
HARPS ist ein Instrument, das extra für die Entdeckung von Planeten um andere
Sonnen entwickelt wurde und ist für unzählige Planetenfunde
verantwortlich. Es handelt sich dabei um einen extrem empfindlichen
Spektrografen. Mit diesem versuchen die Astronomen das leichte Wackeln eines
Zentralsterns nachzuweisen, das durch den Umlauf eines oder mehrerer Planeten
verursacht wird.
Bei dieser Methode zur Planetenentdeckung ist die ferne Welt selbst also
nicht direkt zu sehen. Um die Atmosphären von extrasolaren Planeten zu
untersuchen, konzentrierte man sich daher bislang hauptsächlich auf die wenigen direkt
beobachtbaren Exoplaneten oder auf solche, bei denen sich Transits beobachten
lassen. Diese Welten ziehen also - von der Erde aus betrachtet - regelmäßig vor ihrem
Zentralstern entlang. Auf dem Weg zur Erde sollte dabei ein
kleiner Teil des Lichts des Sterns die Atmosphäre der fernen Welt durchlaufen
und so etwas über sie verraten.
Mit dem neuen Verfahren, das ESO-Doktorand Jorge Martins vom Instituto de
Astrofísica e Ciências do Espaço und der Universidade do Porto in
Portugal zusammen mit einem Team entwickelt hat, könnte es möglich werden,
künftig Spektren von deutlich mehr extrasolaren Planeten zu gewinnen. Auf
einen Transit ist man bei der neuen Methode nämlich nicht mehr angewiesen.
Die Wissenschaftler verwenden dabei das Spektrum des Zentralsterns als eine
Art Vorlage für die Suche nach einer abgeschwächten Variante desselben Signals,
das man von dem Licht erwarten würde, das vom Planeten reflektiert wird. Dabei
verschieben sich die spektralen Signaturen des reflektierten Lichts relativ zum
Stern durch die Bewegung des Planeten auf seiner Umlaufbahn.
Das reflektierte Licht eines Planeten ist äußert lichtschwach und das
entsprechende Signal nur mit großem Aufwand zu entdecken. Die erfolgreiche
Anwendung dieser Methode bei 51 Pegasi b ist damit ein wichtiger Beweis für die
Tragfähigkeit des neuen Konzepts.
"Diese Art des Nachweises ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung,
da sie es möglich macht, die reale Masse des Planeten und die Neigung seiner
Umlaufbahn zu bestimmen, was für das tiefere Verständnis des Systems
unerlässlich ist", erklärt Martins. "Es ermöglicht uns auch den Reflexionsgrad,
die sogenannte Albedo, des Planeten abzuschätzen, woraus man wiederum die
Zusammensetzung sowohl der Planetenoberfläche als auch der Atmosphäre ableiten
kann."
51 Pegasi b hat danach eine Masse, die etwa der Hälfte der Masse des Jupiter
entspricht. Die Umlaufbahn von 51 Pegasi b ist etwa neun Grad in Richtung der
Erde geneigt. Dies ist vergleichsweise wenig, jedoch noch ein zu hoher Wert, um
Transits des Planeten sehen zu können. Außerdem scheint der Planet im
Durchmesser größer als Jupiter zu sein und Licht sehr stark zu reflektieren.
Dies, so die Astronomen, seien typische Eigenschaften für sogenannte "heiße
Jupiter", die in nur geringem Abstand um ihren Zentralstern kreisen.
Dass die neue Methode bereits mit HARPS und einem vergleichsweise kleinen
Teleskop funktioniert, sind gute Neuigkeiten für die Exoplanetenforscher. Neue
Instrumente wie etwa der Spektrograf ESPRESSO für das Very Large Telescope
dürften noch deutlich besser für das neue Verfahren geeignet sein.
"Wir erwarten jetzt sehnsüchtig das erstes Licht des ESPRESSO-Spektrografen
am VLT, so dass wir genauere Untersuchungen von diesem und anderen
Planetensystemen anstellen können", blickt Teammitglied Nuno Santos vom
Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço und der Universidade do
Porto in die Zukunft.
Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in einem Fachartikel,
der heute in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint.
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