Seltene direkte Beobachtung des Gasriesen mit der 13-fachen Masse des Jupiter um den Stern Kappa Andromedae wirft neues Licht auf Planetenentstehung
Super-Jupiter
© naoj / subaru / j. carson (college of charleston) / t. currie (university toronto)Zwei Falschfarben-Abbildungen des κ And-Systems, aufgenommen mit dem Subaru-Teleskop auf Hawaii, zeigt Super-Jupiter κ And b jeweils oben links. Der Großteil des Lichts des Muttersterns, auf den das Bild zentriert ist, wurde durch Bildverarbeitung herausgefiltert. Die Flecken rund um die Scheibe sind Resteffekte des herausgerechneten Sternenlichts.

Linkes Bild: Aufnahme im Nahinfrarotlicht (Wellenlängen 1,2 bis 2,4 Mikrometer).

Rechtes Bild: "Signal-zu-Rauschen"-Karte für die Abbildung links. Je weißer ein Fleck, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass es sich nicht um einen zufälligen Störeffekt handelt, sondern dass dort tatsächlich ein Himmelskörper zu sehen ist.
Bislang haben Astronomen knapp 850 Exoplaneten entdeckt, direkt beobachtet wurde davon aber nur eine Hand voll. Der Großteil der Nachweise gelangen indirekt über minimale Pendelbewegungen der Muttergestirne oder deren Helligkeitsänderungen beim Vorbeiziehen eines Planeten. Grund dafür ist, dass Sterne ungleich heller sind als ihre Planeten und ihre Planeten schlicht überstrahlen. Nun ist einem internationalen Astronomenteam mit dem Subaru-Spiegelteleskop auf dem Gipfel des Mauna Kea (Hawaii) die seltene Aufnahme eines 168 Lichtjahre entfernten "Super-Jupiters" gelungen, der den massereichen Stern κ Andromedae, ein sogenannter Unterriese, umkreist.

Der Gasriese hat etwa das 13-fache der Masse des Planeten Jupiter, sein Mutterstern das 2,5-fache der Sonnenmasse. Alles deutet darauf hin, dass der Planet ähnlich entstanden ist wie andere Planeten mit geringerer Masse: in einer "protoplanetaren Scheibe" aus Gas und Staub, die den neugeborenen Stern umgab. Das macht die Entdeckung zu einem wichtigen Testfall für aktuelle Modelle der Planetenentstehung und ihre Vorhersagen zu Planeten um massereiche Sterne.

Super-Jupiter
© naoj / subaru / j. carson (college of charleston) / t. currie (university toronto)Eine Aufnahme des "Super-Jupiters" im Nahinfrarotlicht (Wellenlänge 3,8 Mikrometer).
κ And ist ein sehr junger Stern, nur geschätzte 30 Millionen Jahre alt. Zum Vergleich: Das Alter unserer Sonne beträgt fünf Milliarden Jahre. Um die Aufnahme seines Begleiters κ And b ("Kappa Andromedae b") überhaupt gewinnen zu können, mussten die Astronomen unter der Leitung von Joseph Carson vom College of Charleston und Max-Planck-Institut für Astronomie sowohl bei der Beobachtung als auch bei der Auswertung ausgefeilte Instrumente und Methoden anwenden.

Als besondere Herausforderung kam hinzu, dass das neuentdeckte Objekt von seinem Mutterstern weniger als doppelt soweit entfernt ist wie Neptun von der Sonne - die meisten bisherigen Aufnahmen gelangen bei Exoplaneten, die noch deutlich weiter von ihrem Mutterstern entfernt sind. Mit einer Masse von rund 13 Jupitermassen könnte das Objekt κ And b auch ein sehr leichter »Brauner Zwerg« sein, also eine Zwischenstufe zwischen Planeten und echten Sternen. Die verfügbaren Daten sprechen jedoch dafür, dass es sich um einen Planeten handelt.

Geboren aus Staub und Gas

Interessant ist an der Entdeckung vor allem, dass sich das Objekt um einen jungen, massereichen Stern bewegt. Zusammen mit der Information über den Abstand des Planeten von seinem Stern bedeutet das, dass sich das Objekt sehr wahrscheinlich so gebildet hat wie normale Planeten niedrigerer Masse: in einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub, die den jungen Stern während seiner frühesten Entwicklungsphasen umgeben hat.

In den vergangenen Jahren haben Beobachter und Theoretiker argumentiert, dass massereiche Sterne wie dieser auch mit größerer Wahrscheinlichkeit massereiche Planeten haben sollten, als es beispielsweise bei unserer Sonne der Fall ist. Andererseits gab es Bedenken, dass bei besonders massereichen Sterne gar nicht die richtigen Voraussetzungen für herkömmliche Planetenentstehung vorliegen könnten: Solche Sterne senden enorme Mengen an hochenergetischer Strahlung aus, die große Teile einer in Entstehung befindlichen protoplanetaren Scheibe schlicht zersetzen und zerstreuen könnte. Damit würden die üblichen Prozesse der Planetenentstehung stark behindert, vielleicht sogar unmöglich gemacht.

Schlüsselinformation für Theorien der Planetenentstehung

Die Entdeckung des Super-Jupiters κ And b legt jetzt nahe, dass zumindest Sterne bis zum zweieinhalbfachen der Sonnenmasse in protoplanetaren Scheiben große Planeten produzieren können - eine Schlüsselinformation für Forscher, die an Modellen der Planetenentstehung arbeiten.

Ein entscheidender Vorteil des direkten Nachweises ist, dass der Exoplanet unmittelbar weiteren astronomischen Beobachtungstechniken zugänglich ist, etwa der genauen Analyse seines Lichts mit Hilfe der Spektroskopie. Entsprechende weitere Untersuchungen des von κ And b über einen breiten Wellenlängenbereich hinweg ausgesandten Lichts sollen jetzt Daten zur chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre des Gasriesen liefern sowie helfen, seine Bahndaten genauer zu bestimmen und mögliche weitere Planeten nachzuweisen. Mit diesen zusätzlichen Informationen sollten sich sowohl die Einzelheiten der Entstehung des Super-Jupiters nachvollziehen als auch allgemeinere Aussagen über die Planetenentstehung bei massereichen Sternen ableiten lassen.

(red)

Abstract

arXiv.org: Direct Imaging Discovery of a `Super-Jupiter' Around the late B-Type Star Kappa And