Porträt eines Jupiter-Zwillings

Subaru-Teleskop liefert Bild des Exoplaneten GJ 504 b, der einen sonnenähnlichen Stern umläuft

Forscher, unter anderem aus dem Max-Planck-Institut für Astronomie, haben mit dem Subaru-Teleskop auf Hawaii ein Porträt des jupiterähnlichen Planeten GJ 504 b aufgenommen – das erste eines Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. GJ 504 b, so der Name des Himmelskörpers, ist zudem der kälteste und wahrscheinlich auch masseärmste Exoplanet, von dem Astronomen bisher Bilder gewinnen konnten. Damit haben die Astronomen eine wichtige Hürde für den Nachweis von fernen Sonnensystemen genommen, die unserem eigenen ähneln.

Porträt eines zweiten Jupiter: Das Nahinfrarot-Falschfarbenbild zeigt das Objekt GJ 504b, das den sonnenartigen Stern GJ 504 umkreist, aufgenommen mit dem Subaru-Teleskop. Licht des Sterns (in der Mitte) wurde mechanisch und durch systematische Bildbearbeitung unterdrückt. Reste des Lichts sind als Bildstörungen (Ring um den zentralen schwarzen Bereich) zu sehen. GJ 504b ist der bisher kälteste und möglicherweise auch der leichteste Exoplanet, von dem eine solche Aufnahme gelang. Auf jeden Fall handelt sich um das erste Bild eines Planeten, der einen sonnenartigen Stern (Spektraltyp G) umkreist. © NAOJ Porträt eines zweiten Jupiter: Das Nahinfrarot-Falschfarbenbild zeigt das Objekt GJ 504b, das den sonnenartigen Stern GJ 504 umkreist, aufgenommen mit dem Subaru-Teleskop. Licht des Sterns (in der Mitte) wurde mechanisch und durch systematische Bildbearbeitung unterdrückt. Reste des Lichts sind als Bildstörungen (Ring um den zentralen schwarzen Bereich) zu sehen. GJ 504b ist der bisher kälteste und möglicherweise auch der leichteste Exoplanet, von dem eine solche Aufnahme gelang. Auf jeden Fall handelt sich um das erste Bild eines Planeten, der einen sonnenartigen Stern (Spektraltyp G) umkreist. © NAOJ

Etwa 930 Exoplaneten sind bis heute bekannt. Fast alle ließen sich nur indirekt nachweisen: entweder durch ihre Gravitationswirkung auf ihre Heimatsterne, oder weil sie regelmäßig einen winzigen Bruchteil des Sternenlichts abschatten.

Hypothetischen außerirdischen Astronomen, die mit diesen indirekten Methoden unser eigenes Sonnensystem untersuchen würden, entgingen freilich wichtige Eigenschaften. Insbesondere dürften sie kaum etwas über die langsamen äußeren Planeten des Sonnensystems herausfinden. Umgekehrt müssen auch irdische Astronomen auf zusätzliche Methoden zurückgreifen, wenn sie Planentensysteme um andere Sterne untersuchen wollen.

Eine wichtige Rolle spielen dabei direkte Abbildungen: Denn Bilder liefern unter anderem Anhaltspunkte für Temperatur sowie einige Atmosphäreneigenschaften der beobachteten Planeten. Ginge man noch einen Schritt weiter und nähme ein direktes Exoplaneten-Spektrum auf – ein Verfahren, das noch in den Kinderschuhen steckt –, bekäme man sogar Informationen über die genauere chemische Zusammensetzung der Atmosphäre.

Daher arbeiten die Astronomen daran, direkte Abbildungsverfahren für Exoplaneten weiterzuentwickeln – als wichtiges Werkzeug für den Nachweis und die Untersuchung ferner Planetensysteme, die unserem eigenen ähneln. Exoplaneten direkt abzubilden ist allerdings sehr schwierig. Sterne überstrahlen ihre Planeten – typische Helligkeitsverhältnisse liegen bei eins zu einer Milliarde oder mehr. Das wäre etwa so, als wollte man ein Staubkörnchen fotografieren, das im Abstand von acht Zentimetern eine 80 Kilometer entfernte 100-Watt-Lampe umkreist.

Nur mit ausgefeilten technischen Tricks gelingt es überhaupt, die Planeten auf solchen Abbildungen sichtbar zu machen. Dazu gehören Methoden, mit denen das Licht des Sterns mechanisch ausgeblendet wird (Koronografie) ebenso wie Analyseverfahren, die mehrere Bilder des untersuchten Planetensystems in gerade der richtigen Weise kombinieren, um Bildstörungen zu unterdrücken.

Bildergalerie von Gas- und Staubscheiben um junge Sterne: Die Nahinfrarotaufnahmen wurden am Subaru-Teleskops im Rahmen des SEEDS-Projekts gewonnen. Solche Beobachtungen helfen zu verstehen, wie in solchen Scheiben um junge Sterne neue Planeten entstehen. © NAOJ Bildergalerie von Gas- und Staubscheiben um junge Sterne: Die Nahinfrarotaufnahmen wurden am Subaru-Teleskops im Rahmen des SEEDS-Projekts gewonnen. Solche Beobachtungen helfen zu verstehen, wie in solchen Scheiben um junge Sterne neue Planeten entstehen. © NAOJ

Nun hat eine Gruppe um Motohide Tamura (Japanisches Nationalobservatorium und Universität Tokio), zu der auch mehrere Wissenschaftler des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Astronomie gehören, ein fernes Planetensysteme genauer unter die Lupe genommen: Mit dem Subaru-Teleskop auf Hawaii gewannen die Forscher Infrarotbilder des jupiterartigen Planeten GJ 504 b.

Der Exoplanet umkreist den Stern GJ 504, der sich rund 60 Lichtjahre entfernt in der Konstellation Jungfrau befindet. Die Distanz von GJ 504 b zu seinem Stern beträgt das 44-Fache des mittleren Abstands der Erde von der Sonne, also rund sechs Milliarden Kilometer.

Die Aufnahme ist die erste Abbildung eine Exoplaneten, der einen sonnenartigen Stern (Spektraltyp G) umkreist. Bisherige Planetenabbildungen waren nur um leuchtkräftigere Sterne gelungen. Deren Planeten sind im Mittel deutlich massereicher und heißer und damit einfacher aufzunehmen.

Abschätzungen der Masse von GJ 504 b beruhen auf Modellierungen des Abkühlungsprozesses des Planeten seit seiner Entstehung. Sie hängen daher vom Alter des Sterns und seiner Planeten ab. Die meisten Forscher favorisieren eine Masse von rund drei Jupitermassen. Damit wäre GJ 504b auch der leichteste aller bis jetzt fotografierten Exoplaneten.

Den Messungen nach ist GJ 504 b auf alle Fälle der kälteste bisher abgebildete Planet. Da kältere Objekte mit Infrarotbildern schwieriger zu erfassen sind als heißere, ist das ein wichtiger Schritt hin zur Abbildung von kühlen Objekten wie erdähnlichen oder noch kühleren Planeten in einem fernen Sonnensystem.

Die Entdeckung gelang im Rahmen des SEEDS-Projekts; die Abkürzung steht für Strategic Explorations of Exoplanets and Disks, zu deutsch etwa „Systematische Erkundungen von Exoplaneten und Scheiben“. Die Laufzeit von SEEDS ist gerade zur Hälfte verstrichen. Bisher hat es schon beeindruckende Bilder von Exoplaneten geliefert, aber auch von den Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben und aus denen die Planeten dieser Sterne entstehen.

Das Max-Planck-Institut für Astronomie ist eines der Gründungsmitglieder der SEEDS-Durchmusterung. „Wissenschaftler der Abteilung Stern- und Planetenentstehung verfügen über einen großen Erfahrungsschatz in punkto Beobachtungsstrategien, Bildbearbeitung der für die Direktabbildungen nötigen Hochkontrastaufnahmen und Modellierung der physikalischen Eigenschaften von Exoplaneten“, sagt Max-Planck-Direktor Thomas Henning. „Daher waren wir ein naheliegender Partner für das SEEDS-Projekt – und wir freuen uns sehr, dass es in den vergangenen Jahren so gute Fortschritte gemacht hat!“

MP / HOR