Mit dem Spitzer-Weltraumteleskop wurden die Doppelsternsysteme beobachtet
03. April 2007 Als Michel Mayor von der Universität Genf im Jahr 1995 den ersten Exoplaneten als Begleiter des Sterns 51 Pegasi entdeckte, schien sich eine seit langem gehegte Vermutung der Astronomen zu bestätigen. Danach stellt unser Sonnensystem im Universum nichts Besonderes dar.
Je mehr ferne Planeten die Wissenschaftler aber aufspürten, desto weniger stimmten die Systeme mit den Vorstellungen überein, die man sich von ihnen gemacht hatte. Jetzt müssen die Astronomen wohl auch endgültig von einer Idee Abschied nehmen, an der es für sie zunächst überhaupt keine Zweifel gegeben hatte - dass Doppelsternsysteme den Einzelsternen als Krippen für Planeten unterlegen sind.
Der größte Trabant der Sonne
Schon verhältnismäßig früh, als die Astronomen erst wenige Dutzend - von den mittlerweile mehr als 200 bekannten - Exoplaneten aufgespürt hatten, fielen Unterschiede zwischen den fernen Planetensystemen und unserem Sonnensystem auf. Darunter war ein Befund, der die Fachleute weniger überraschte.
Die meisten Exoplaneten, die man - indirekt - beobachtete, waren mindestens so groß wie der praktisch nur aus Gas bestehende Jupiter, der größte Trabant der Sonne. Kleine, wie die Erde aus Gestein bestehende Planeten beeinflussen die Bahnen der von ihnen umkreisten Sterne so wenig, dass man die Effekte bislang nicht messen kann.
Planetenbahnen verblüffen Astronomen
Die jupitergroßen Planeten zeichnen sich allerdings durch zwei Merkmale aus, mit denen man nicht gerechnet hatte. Zum einen bewegen sie sich alle auf langgestreckten, stark elliptischen Bahnen. Im Sonnensystem dagegen sind die Bahnen der Planeten nahezu kreisförmig. Sieht man vom Pluto als Sonderfall ab, ist die Bahn des Mars am meisten "verformt". Die Abweichung vom Kreis ist jedoch auch bei diesem Planeten so gering, dass sie erst von Isaac Newton erkannt wurde. Bis dahin konnte die Bewegung der Planeten nicht hinreichend genau beschrieben werden.
Das andere Merkmal der jupitergroßen Exoplaneten, das die Forscher verblüfft hat, ist die Nähe dieser Himmelskörper zu ihren Zentralgestirnen. Ein beträchtlicher Prozentsatz der Objekte bewegt sich auf Bahnen, die bequem in die Bahn der Erde um die Sonne hineinpassen. Die Bahnen vieler mindestens jupitergroßer Exoplaneten haben sogar nur Durchmesser von einem Zehntel des Erdbahndurchmessers. Sie umrunden ihr Zentralgestirn in jeweils drei bis fünf Tagen. Den Modellen der Astronomen zufolge können sich die Kondensate, aus denen die Eiskerne der großen Gasplaneten entstanden, aber erst in fünffachem Abstand der Erde von der Sonne gebildet haben.
Sicherer Abstand zum Zentralgestirn
Die meisten Astronomen sind mittlerweile der Meinung, dass sich auch die großen Planeten in fernen Sternsystemen in großer Distanz zu den Zentralkörpern gebildet haben. Durch Reibungswiderstand wurden sie dann näher an diese herangeführt - wobei offenbleibt, warum sie nicht in sie hineinstürzten. Im Übrigen muss die Entstehung der Planeten rasch erfolgt sein. Denn die Scheiben aus Gas und Staub, die sonnenähnliche Sterne kurz nach deren Geburt umgeben und aus denen sich die Planeten formten, verlieren Beobachtungen zufolge im Mittel jährlich ungefähr zehnmal so viel Masse wie jene des Jupiters, so dass für die Entstehung der Planeten nur ungefähr zehn Millionen Jahre Zeit bleiben.
In den vergangenen Jahren haben die Astronomen herausgefunden, dass es entgegen früheren Vorstellungen auch in Doppelsternsystemen Planeten gibt, zumindest unter bestimmten Umständen: wenn die beiden jeweils beteiligten Sterne einen Abstand von tausend Astronomischen Einheiten - entsprechend dem tausendfachen Abstand der Erde von der Sonne - voneinander haben. Umkreist dann ein Planet einen der beiden Sterne in geringer Distanz, kann der andere Stern keinen destabilisierenden Einfluss mehr ausüben. Im vergangenen Jahr hat eine Studie gezeigt, dass sich möglicherweise ein Viertel der beobachteten Exoplaneten in solchen Doppelsternsystemen befindet. In Systemen, in denen die beiden Partnersterne wesentlich dichter beieinanderstehen, wurden dagegen fast keine Planeten aufgespürt. Erst 2005 wurde ein Kandidat entdeckt. Mittlerweile sindan der Universität Jena einige wenige Systeme mit Abständen der Sterne von nur 20 Astronomischen Einheiten untersucht worden.
Spitzer-Teleskop entlarvt Doppelsterne
Eine neue, mit dem Spitzer-Weltraumteleskop der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa ausgeführte Studie könnte auch diese Ergebnisse nun ins Schwanken bringen. Mit dem Teleskop, das die Infrarotstrahlung aus dem Kosmos registriert, hat eine Forschergruppe um David Trilling von der University of Arizona in Tucson die Strahlung von stellaren Staubscheiben beobachtet, in denen normalerweise junge Planeten eingebettet sind.
Die Staubscheiben enthalten zwischen den Staubpartikeln auch Asteroiden und Kometen. Insbesondere hielten die Forscher nach Staubscheiben in 50 bis 200 Lichtjahre von uns entfernten Doppelsternsystemen Ausschau, von denen sie 69 aufspürten. Die dazugehörigen Sterne waren allesamt etwas jünger und massereicher als die Sonne.
Mehr neue Fragen aufgeworfen als Klarheit
Staubscheiben - die jeweils einen der Sterne umgeben - haben die Forscher in rund 40 Prozent der beobachteten Doppelsternsysteme nachweisen können. Nach den bisherigen Untersuchungen kommt man noch nicht einmal bei Einzelsternen ganz an diesen Prozentsatz heran. Dieses Ergebnis allein ist schon überraschend. Noch schwerer wiegt, dass sich die Staubscheiben am häufigsten - in 60 Prozent der entsprechenden Fälle - in Doppelsternsystemen fanden, deren Komponenten höchstens drei Astronomische Einheiten voneinander entfernt sind, wobei die Scheiben jeweils nur einen der beiden Sterne umgeben.
In dem Fall hat man bislang angenommen, dass der andere Stern die Entstehung von Planeten verhindert hätte. Am seltensten scheinen Planeten in Doppelsternsystemen zu sein, deren Komponenten drei bis 50 Astronomische Einheiten voneinander entfernt sind. Die Entdeckung des ersten Exoplaneten hat offenbar mehr neue Fragen aufgeworfen als Klarheit geschaffen.
Text: F.A.Z.
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