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Vier Planeten um HR 8799 direkt abgebildet
von
Stefan Deiters
astronews.com
19. März 2025
Mit dem Weltraumteleskop James Webb ist es
gelungen, vier Gasplaneten um den Stern HR 8799 in rund 130 Lichtjahre
Entfernung direkt abzubilden. Die Daten verraten etwas über die
Entstehungsgeschichte der fernen Welten, die sich offenbar ganz ähnlich gebildet
haben wie die Gasriesen in unserem Sonnensystem. Auf den Planeten gibt es zudem
überraschend viel Kohlendioxid.
Das System HR 8799 aufgenommen mit der Near-Infrared Camera
vom James Webb. Den verschiedenen Filtern der Kamera wurden
für diese Darstellung Farben zugeordnet, so dass die
Unterschiede zwischen den Planeten sichtbar werden.
Bild: NASA, ESA,
CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI)
[Großansicht] |
Die direkte Beobachtung von extrasolaren Planeten gilt immer noch als
Königsdisziplin in der Exoplanetenforschung, lässt sich aus dem Licht der fernen
Welten einiges über das Vorhandensein und die Zusammensetzung einer Atmosphäre
ableiten. Mithilfe des Weltraumteleskops James Webb ist es nun
gelungen, die Planeten um den Stern HR 8799 in 130 Lichtjahre Entfernung direkt
abzubilden. Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Planeten von HR 8799
reich an Kohlendioxidgas sind. Dies wiederum könnte bedeuten, dass die vier
Riesenplaneten des Systems ähnlich wie Jupiter und Saturn entstanden sind, sich
also zunächst ein fester Kern gebildet hat, der dann Gas aus dem Inneren der
protoplanetaren Scheibe angezogen hat.
"Indem wir diese starken Kohlendioxid-Strukturen entdeckt haben, konnten wir
zeigen, dass es einen beträchtlichen Anteil schwererer Elemente wie Kohlenstoff,
Sauerstoff und Eisen in den Atmosphären dieser Planeten gibt", erläutert William
Balmer von der Johns Hopkins University in Baltimore. "Angesichts
dessen, was wir über den Stern wissen, den sie umkreisen, deutet das
wahrscheinlich darauf hin, dass sie sich durch Kernakkretion gebildet haben, was
eine aufregende Schlussfolgerung für Planeten ist, die wir direkt sehen können."
Balmer und seinem Team hatten mit James Webb außerdem auch das 97
Lichtjahre entfernten System 51 Eridani ins Visier genommen.
HR 8799 ist ein junges System, das etwa 30 Millionen Jahre alt ist - ein
Bruchteil der 4,6 Milliarden Jahre unseres Sonnensystems. Die Planeten in HR
8799, die noch heiß von ihrer turbulenten Entstehung sind, emittieren große
Mengen an Infrarotlicht, das der Wissenschaft wertvolle Informationen über ihre
Entstehung liefert. Man geht heute davon aus, dass sich Gasplaneten auf zwei
verschiedenen Wegen bilden können: indem sie entweder langsam feste Kerne aus
schwereren Elementen bilden, die Gas anziehen, genau wie die Gasriesen in
unserem Sonnensystem, oder indem Gasteilchen aus der sich langsam abkühlenden
Scheibe um einen gerade entstandenen Sterns schnell zu massereichen Objekten
verschmelzen. "Wir wollen Bilder von anderen Sonnensystemen machen und uns
anschauen, ob sie unserem Sonnensystem gleichen oder wo sie sich unterscheiden",
so Balmer. "Dann können wir versuchen, ein Gefühl dafür zu bekommen, ob unsere
Sonnensystem ganz normal ist - oder eher ungewöhnlich."
Von den fast 6000 bislang entdeckten extrasolaren Planeten konnten bislang
nur sehr wenige direkt abgebildet werden. Grund dafür ist, dass selbst Gasriesen
viele tausend Mal leuchtschwächer sind als ihre Sterne, so dass diese die
Planeten in der Regel überstrahlen. Die Bilder von HR 8799 und 51 Eridani wurden
dann auch mithilfe des Koronografen der Near-Infrared Camera von
James Webb gewonnen, bei dem das Licht des Sterns mit einer Blende verdeckt
wird, um so die Umgebung besser erkennen zu können. So konnte das Team
Infrarotlicht detektieren, das von den Planeten in Wellenlängen abgestrahlt
wird, die von bestimmten Gasen absorbiert werden. Auf diese Weise stellte sich
heraus, dass es in der Atmosphäre der vier Planeten von HR 8799 mehr schwere
Elemente gibt als bisher angenommen.
"Die einzigartigen Fähigkeiten von Webb ermöglichen es uns, zum
ersten Mal die große Vielfalt dieser direkt abgebildeten Planeten zu erforschen.
Das gibt uns wichtige Hinweise darauf, wie solche Planetensysteme entstanden
sind," sagte Emily Rickman von der europäischen Weltraumorganisation ESA. "Diese
neuen Beobachtungen unterstreichen, wie wertvoll das Mehrplanetensystem HR 8799,
um die Entstehung von Exoplanetensystemen und unseres eigenen Sonnensystems zu
verstehen."
Die Beobachtungen des Team helfen auch bei der Klärung einer anderen Frage:
Handelt es sich bei direkt um andere Sterne beobachtete Objekte wirklich um
Riesenplaneten oder sind es vielmehr Braune Zwerge, die sich wie Sterne bilden,
aber nicht genug Masse ansammeln können, um die Kernfusionsprozesse in ihrem
Inneren dauerhaft zu zünden. "Wir haben andere Beweise, die darauf hindeuten,
dass sich diese vier Planeten von HR 8799 ausgehend von einem festen Kern
gebildet haben", so Laurent Pueyo vom Space Telescope Science Institute
in Baltimore. "Wie häufig dies bei Planeten ist, die wir direkt abbilden können,
wissen wir noch nicht, aber wir empfehlen weitere Webb-Beobachtungen, um diese
Frage zu beantworten."
"Wir wussten, dass Webb die Farben der äußeren Planeten in direkt
abgebildeten Systemen messen kann", ergänzt Rémi Soummer, Direktor des
Russell B. Makidon Optics Lab des STScI und früher für Beobachtungen mit
dem Koronografen von James Webb verantwortlich. "Wir haben zehn Jahre
darauf gewartet, um zeigen zu können, dass wir durch genau abgestimmte
Beobachtungen auch die inneren Planeten erreichen können. Jetzt liegen die
Ergebnisse vor und wir können damit interessante Wissenschaft betreiben."
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.
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