Neue Technik misst Planetenlicht auch ohne dessen Passage vor seinem Stern Erstes Exoplaneten-Spektrum ohne Transit - scinexx | Das Wissensmagazin
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Neue Technik misst Planetenlicht auch ohne dessen Passage vor seinem Stern

Erstes Exoplaneten-Spektrum ohne Transit

Künstlerische Darstellung von 51 Pegasi b und seinem Stern © ESO/ M. Kornmesser/ Nick Risinger/ skysurvey.org

Information aus Sternenlicht: Astronomen haben erstmals das Spektrum eines Exoplaneten aus dessen reflektiertem Licht gemessen. Dank einer neuen Technik lassen sich so auch ohne den Transit des Planeten vor dem Zentralstern viele Informationen über das Planetensystem gewinnen. Mit zukünftigen, noch leistungsfähigeren Instrumenten sollen noch genauere Untersuchungen von zahlreichen weiteren Exoplaneten ermöglichen, schreiben die Forscher im Magazin „Astronomy & Astrophysics“.

Der Exoplanet 51 Pegasi b nimmt eine Sonderstellung unter den Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ein: Der etwa 50 Lichtjahre entfernte Planet im Sternbild Pegasus war der erste gefundene Exoplanet, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Seit dieser Entdeckung im Jahr 1995 ist die Zahl der bekannten Exoplaneten auf fast 2.000 gestiegen, und sie verteilt sich auf rund 1.200 verschiedene Planetensysteme – Planeten jenseits unseres Sonnensystems scheinen geradezu alltäglich.

Kein Transit erforderlich

Die Arbeit des Teams um Jorge Martins von der Universität Porto macht 51 Pegasi b jedoch nun erneut zu etwas Besonderem: Mit dem Exoplanetenjäger-Instrument HARPS am La Silla-Observatorium der ESO in Chile haben die Astronomen zum ersten Mal das von einem Exoplaneten reflektierte Lichtspektrum im sichtbaren Licht gemessen.

Das klingt zunächst nicht besonders dramatisch, ist aber ein großer Fortschritt zur Erforschung der Oberfläche und Atmosphäre von Exoplaneten. Bislang waren Astronomen darauf angewiesen, dass ein Planet an seinem Mutterstern vorbeizieht, um ein solches Spektrum aufzuzeichnen. Bei einem solchen Transit fällt ein Teil des Lichts durch die Atmosphäre des Planeten und wird je nach deren Bestandteilen unterschiedlich gefiltert.

Die neue Technik von Martins und seinen Kollegen erfordert solche Transits nicht mehr, der Planet kann nun auch neben seinem Stern stehen. Damit lassen sich daher deutlich mehr Exoplaneten untersuchen, unabhängig von der Ausrichtung ihrer Umlaufbahn relativ zur Erde. Allerdings ist es sehr schwer, ein Spektrum aus dem vom Planeten reflektierten Licht zu erhalten: Der gleißende Mutterstern überstrahlt den Planeten um ein Vielfaches.

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ESO-Teleskope am chilenischen Standort La Silla. Hinten links das 3,6-Meter Teleskop mit dem Exoplanetenjäger HARPS © ESO/Y. Beletsky (CC BY-SA 3.0)

Unerlässliche Informationen über Planetensystem

Darum verwendeten die Astronomen das Spektrum des Sterns als Vorlage für die Suche nach einer abgeschwächten Version desselben Signals. So spürten sie das Sternenlicht auf, das vom Planeten reflektiert wird. Aufgrund der Bewegung des Planeten auf seiner Umlaufbahn verschieben sich die spektralen Signaturen des reflektierten Lichts relativ zum Stern. Damit lassen sich außer dem Spektrum auch noch verschiedene weitere Eigenschaften des Planeten ableiten, die mit anderen Methoden nicht nachweisbar sind.

„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“, erklärt Martins. Diese Eigenschaften seien für ein tieferes Verständnis des Planetensystems unerlässlich. „Es ermöglicht uns auch den Reflektionsgrad, die sogenannte Albedo, des Planeten abzuschätzen, woraus man wiederum die Zusammensetzung sowohl der Planetenoberfläche als auch der Atmosphäre ableiten kann.“

Ein typischer „Heißer Jupiter“

Wie sich herausstellte, hat 51 Pegasi b etwa halb so viel Masse wie der Jupiter und eine Bahnneigung von etwa neun Grad in Richtung der Erde. Das bedeutet, wir sehen das Planetensystem beinahe exakt von der Seite – ein Transit des Planeten vor dem Stern kommt jedoch haarscharf nicht zustande. Der Exoplanet scheint im Durchmesser größer als Jupiter zu sein, und ist außerdem stark reflektierend. Dies sind typische Eigenschaften für einen sogenannten „Heißen Jupiter“, der sich sehr nah an seinem Mutterstern befindet und viel Sternlicht ausgesetzt ist.

Die mit HARPS gewonnenen Daten von 51 Pegasi b zeigen, dass die neue Methode funktioniert. Allerdings sind die technischen Möglichkeiten dieses Instruments begrenzt. Die Astronomen hoffen deshalb auf leistungsfähigere Instrumenten an größeren Teleskopen, wie dem Very Large Telescope (VLT) der ESO und dem zukünftigen European Extremely Large Telescope. „Wir erwarten jetzt sehnlichst erstes Licht des ESPRESSO-Spektrografen am VLT, so dass wir genauere Untersuchungen von diesem und anderen Planetensystemen anstellen können“, sagt Koautor Nuno Santos von der Universität Porto. (Astronomy & Astrophysics, 2015; in press)

(European Southern Observatory – ESO, 22.04.2015 – AKR)

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