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Erstes Bild eines Planetensystems um einen sonnenähnlichen Stern

Von den 4300 Exoplaneten, die bisher entdeckt wurden, sind nur einige Dutzend dank der direkten Bildgebung entdeckt worden – also so, dass wir  einen Planeten um seinen Stern physikalisch in einem Bild erkennen. Tatsächlich ist der Stern im Vergleich zu den Planeten so hell, dass es notwendig ist, indirekte Methoden zu verwenden, um sie zu entdecken. Ein Beispiel für eine indirekte Methode ist die Radialgeschwindigkeitsmethode, die von Michel Mayor und Didier Queloz verwendet wurde, um den ersten Exoplaneten oder die Transitmethode die der CHEOPS-Satellit verwendet. Mit dem Instrument SPHERE, das am europäischen “Very Large Telescope” der ESO in Chile installiert ist, gelang es jedoch zum ersten Mal, ein Bild eines Planetensystems aus zwei Planeten um einen sonnenähnlichen Stern aufzunehmen. Ein wichtiger Schritt für das Verständnis multiplanetarer Systeme.

Das Instrument SPHERE, kurz nach seiner Installation am VLT Unit Telescope 3 der ESO. Das Instrument selbst ist die Black Box, die sich auf der Plattform auf einer Seite des Teleskops  befindet.Um ein reales Bild eines Exoplaneten zu erhalten, wird eine hochentwickelte Methode verwendet, die im SPHERE-Instrument selbst implementiert ist, das auf dem europäischen “Very Large Telescope” in Chile installiert wurde. “Die Planeten sind viel weniger hell als ihre Sterne und von der Erde aus gesehen sehr nahe an ihnen. Man muss also in der Lage sein, zwei Dinge zu tun: das Licht des Sterns zu unterdrücken und ein möglichst scharfes Bild zu erhalten, um die Planeten unterscheiden zu können”, erklärt Stéphane Udry, Ko-Direktor des NFS PlanetS und Mitkonstrukteur von SPHERE, “und genau das macht SPHERE. Es verwendet ein adaptives Optiksystem, um ein möglichst scharfes Bild zu erhalten, indem es die Auswirkungen von Interferenzen aus der Erdatmosphäre eliminiert; das Bild wird dann an einen Koronographen gekoppelt, eine Maske, die den Stern verdeckt und so die Unterscheidung aller Planeten ermöglicht, die sich in der Nähe des Sterns befinden könnten”.  SPHERE hat bereits Planeten fotografieren können, aber dies ist das erste Mal, dass ein System von mehreren Planeten um einen sonnenähnlichen Stern enthüllt wird.

Das Forscherteam unter der Leitung von Alexander Bohn von der Universität Leiden in den Niederlanden entdeckte dieses System während eines Forschungsprogramms über Riesenplaneten um Sterne wie unsere Sonne. Der Stern TYC 8998-760-1 ist viel jünger als die Sonne, aber von ähnlicher Natur. Er ist nur 17 Millionen Jahre alt und befindet sich im südlichen Sternbild Musca (die Fliege). Alexander Bohn beschreibt ihn als “eine sehr junge Version unserer eigenen Sonne, die uns die ersten Momente eines Planetensystems bietet”.

Während alte Planeten, wie die unseres Sonnensystems, zu kalt sind, um mit dieser Technik aufgespührt zu werden, sind junge Planeten wärmer und strahlen daher heller. Durch mehrere Aufnahmen im vergangenen Jahr sowie durch die Verwendung älterer Daten aus dem Jahr 2017 haben die Forscher bestätigt, dass die beiden Planeten auf dem Bild tatsächlich Teil des Sternensystems sind.

Dieses Bild, das mit dem Instrument SPHERE am Very Large Telescope der ESO aufgenommen wurde, zeigt den Stern TYC 8998-760-1, begleitet von zwei riesigen Exoplaneten, TYC 8998-760-1b und TYC 8998-760-1c. Durch die Aufnahme verschiedener Bilder zu unterschiedlichen Zeitpunkten, war das Team in der Lage, die Planeten von den Hintergrundsternen zu unterscheiden.

 

Obwohl der Stern wie unsere Sonne aussieht, als sie jünger war, unterscheidet sich das System stark von unserem. Die beiden Gasriesen befinden sich in einer Umlaufbahn um ihren Stern in Abständen von etwa 160 und 320 mal der Entfernung der Erde zur Sonne. Diese Planeten sind also viel weiter von ihrem Stern entfernt als Jupiter oder Saturn von der Sonne, die nur 5 bzw. 10 Mal so weit wie die Erde von der Sonne entfernt sind. Das Team entdeckte auch, dass beide Exoplaneten viel massereicher sind als Jupiter, wobei der innere Planet das 14-fache und der äußere das sechsfache seiner Masse aufweist.

“Da wir in der Lage sind, ein Bild eines Planeten mit einem adaptiven optischen System zu erhalten, müssen wir nun einen Weg finden, um das Spektrum zu erhalten, das uns die Charakterisierung des fraglichen Planeten ermöglicht”, erklärt Christophe Lovis, Mitglied von PanetS. “Dies ist das Ziel des RISTRETTO-Projekts, das an der Astronomieabteilung der Universität Genf konzipiert wurde. Dabei handelt es sich um einen unabhängigen Spektrographen, der an jedes Teleskop mit adaptiver Optik im Sichtbaren angepasst werden kann”. RISTRETTO wird zunächst auf der adaptiven Optik des Schweizer Teleskops Euler in La Silla getestet und bei Erfolg der ESO zur Installation auf Einheit 4 des VLT in Chile vorgeschlagen. Ziel ist es, das von “normalen” Planeten, wie z.B. Proxima b, dem erdnächsten Exoplaneten, reflektierte Licht analysieren zu können.

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