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Erster Exoplanet um drei Sterne?

Gekippte Ringe und Lücke sprechen für einen Planeten um das Dreifachsystem GW Orionis

STaubringe um GW Orionis
Diese Aufnahmen des ALMA-Teleskops zeigen die Staubringe des Dreier-Sternsystems GW Orionis. Zu erkennen ist eine Lücke zwischen dem innersten Ring und den beiden äußeren. Diese sind zudem stärker gekippt. © ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.

Drei Sonnen am Himmel: Astronomen könnten erstmals einen Exoplaneten aufgespürt haben, der gleich drei Sterne auf einmal umkreist. Ein Indiz für diesen Planeten ist eine Lücke in den gegeneinander gekippten Gas- und Staubringen um das Dreifach-Sternsystem GW Orionis. Modelle legen nahe, dass eine solche Lücke nicht durch bloße Scherkräfte entstehen kann, sondern dass ein junger, für uns unsichtbarer Gasriese der wahrscheinliche Urheber ist. Er wäre der erste Planet in einem sogenannten Zirkumtripel-Orbit.

Die meisten Sterne werden als Teil eines Mehrfachsystems geboren – als Sternenpaar, Trio oder sogar noch größeren Gruppen. Auch unsere heute einzeln stehende Sonne hatte vermutlich einst eine stellare Schwester. Anders als lange gedacht können auch in solchen Mehrfachsternsystemen Planeten entstehen und eine stabile Umlaufbahn entwickeln. Neben unzähligen Exoplaneten um Doppelsterne sind auch mehrere Welten mit drei Sonnen am Himmel bekannt.

Allerdings: Keiner der bisher bekannten Exoplaneten in Dreifachsystemen kreist auf einem sogenannten Zirkumtripel-Orbit – einer Umlaufbahn, die alle drei Sterne einschließt. Meist umrunden die Planeten stattdessen nur einen der drei stellaren Partner.

GW Orionis
Schema der drei Staubringe von GW Orionis (grau, grün, blau) und ihrer Neigung gegenüber der Ebene der drei Sterne (rot, orange). © Jiaqing Bi et al./CC-by-sa 3.0

Gekippt und aufgerissen

Doch jetzt verdichten sich die Hinweise auf einen Exoplaneten, dessen Umlaufbahn um seine drei Muttersterne herumführt. Ort des Geschehens ist das Dreifachsystem GW Orionis, das rund 1.300 Lichtjahre von uns entfernt in Sternbild Orion liegt. In ihm umkreisen sich zwei Sterne im Abstand von nur einer astronomischen Einheit – dem Abstand Sonne-Erde. Der dritte, etwas kleinere Stern umrundet seine beiden Partner im etwas größeren Abstand.

Das Spannende jedoch sind nicht die Sterne selbst, sondern drei große Staubringe, die sie umgeben. Diese breiten Gürtel aus Staub und Gasen reichen bis zu 338 astronomische Einheiten weit ins All hinaus. Aufnahmen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile enthüllten kürzlich zudem, dass diese Staubringe leicht gegeneinander gekippt sind: Der innerste Ring weicht dabei am stärksten ab und ist durch eine breite Lücke von den äußeren beiden Staubringen getrennt.

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Sind die Schwerkraft-Effekte der Sterne schuld?

Aber warum? Die mögliche Ursache der gekippten Ringe und der Lücke haben nun Jeremy Smallwood von der University of Nevada und seine Kollegen näher untersucht. Mithilfe eines astrophysikalischen Modells überprüften sie dabei zwei mögliche Erklärungen: Zum einen könnten die Anomalien durch gravitationsbedingte Scherkräfte der drei Sterne entstanden sein. Zum anderen aber könnte ein junger Planet in einem Zirkumtripel-Orbit dahinterstecken.

Das Ergebnis: „Für die bei diesen protoplanetaren Scheiben beobachteten Parameter reichen die Scherkräfte des Sternsystems nicht aus, um die Gasscheibe aufzureißen“, berichten Smallwood und sein Team. Die von den Schwerkraft-Wechselwirkungen der Sterne verursachten Turbulenzen allein können daher nicht der Grund für die gekippten Ringe und die Lücke um GW Orionis sein.

Ein planetarer Störer

Anders sah dies jedoch aus, als die Astronomen einen heranwachsenden Planeten von mindestens der Masse des Jupiter in das System einfügten. Dieser Planet könnte die Staubscheibe genügend destabilisieren, um sie in drei Ringe aufzuspalten und eine Lücke zu verursachen. „Wir haben festgestellt, dass massereicher Planet eine solche Lücke anhaltend offenhalten kann, während er sich durch die Ebene der Staubscheibe bewegt“, erklären die Forscher.

Ihrer Ansicht nach spricht die ungewöhnliche Form und Ausrichtung der drei Staubringe von GW Orionis stark dafür, dass sich irgendwo in der Ringlücke ein noch unentdeckter junger Planet verbirgt – oder vielleicht sogar mehrere Planeten. „Der Bruch der Scheibe muss von einem oder mehreren unentdeckten Planeten verursacht worden sein“, schreiben Smallwood und seine Kollegen.

Erster Zirkumtripel-Planet

Sollte sich dies bestätigen, wäre dies der erste bekannte Exoplanet, der gleich drei Sterne umkreist. Diesen Zirkumtripel-Planeten aufzuspüren, dürfte allerdings schwierig werden. Denn er müsste dann mehr als 50 astronomische Einheiten von seinen drei Muttersternen entfernt kreisen – viel zu weit weg, um sich durch einen Schwerkraft-Effekt auf die Sterne zu verraten. Auch ein beobachtbarer Transit des Planeten vor einem der Sterne ist angesichts der Staubscheibe eher unwahrscheinlich.

Die Astronomen hoffen aber, dass weitere Beobachtungen mit den leistungsstarken Radioantennen des ALMA-Observatoriums noch mehr Hinweise auf den Planeten liefern werden. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021; doi: 10.1093/mnras/stab2624)

Quelle: University of Nevada Las Vegas

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