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Sternsysteme : Chaotische Planetenwelt

  • -Aktualisiert am

Auszuschleißen ist nicht, dass er einmal aus dem Sonnensystem hinausgeschleudert wird: der Planet Merkur, hier auf einer Mariner-10-Aufnahme von 1974. Bild: Nasa

Neue Messdaten von Exoplaneten sprechen dafür, dass man sich die Entwicklung von Planetensystemen turbulenter und weniger stabil vorstellen muss, als bisher angenommen.

          Ypsilon () Andromedae ist vor mehr als zehn Jahren der erste sonnenähnliche Stern gewesen, bei dem man mehr als einen Planeten gefunden hat. Doch erst jetzt ist es einer amerikanischen Forschergruppe um Barbara McArthur von der University of Texas gelungen, dieses 44 Lichtjahre von uns entfernte System mit insgesamt drei bekannten Planeten durch die Kombination unterschiedlicher Messverfahren im Detail zu erkunden. Dabei sind drastische Abweichungen von unserem eigenen Sonnensystem zutage getreten.

          Ungewöhnlich ist vor allem, dass die stark exzentrische Umlaufbahn des Planeten And d um 30 Grad gegen die Bahnebene von And c geneigt ist - während in unserer kosmischen Heimat die Bahn des Merkurs mit sieben Grad die größte Neigung gegen die Erdbahnebene hat. Das Planetensystem des Sterns Ypsilon Andromedae, der genaugenommen nur die hellere Komponente eines Doppelsternsystems ist, steht damit auf Messers Schneide zwischen Stabilität und Chaos.

          Aufschlussreiches „Wackeln“

          Dass manche Exoplaneten ihre Sterne auf recht ungewöhnlichen Bahnen umkreisen, wissen die Astrophysiker seit kurzer Zeit. Sogar solche, die ihren Stern retrograd, also entgegen dessen Drehsinn, umlaufen, hat man inzwischen gefunden. Bislang war die genaue Vermessung von Masse, Neigung der Bahn und Umlaufrichtung aber nur bei den seltenen Exoplanetensystemen möglich, deren Bahnebene genau auf der Sichtlinie zur Erde liegt und bei denen sich die Planeten in relativ kurzen Zeitabständen vor dem Stern her bewegen.

          Die meisten Exoplaneten - so auch And b, c und d, deren Massen jetzt erstmals genau ermittelt wurden und 1,5, 14 und 10 Jupitermassen betragen - sind hingegen anhand ihrer Radialgeschwindigkeiten entdeckt worden. Wenn die Objekte einen Stern umkreisen, bewegen sie sich - ebenso wie der Stern selbst - manchmal auf uns zu und dann wieder von uns weg. Das "Wackeln" macht sich im Spektrum bemerkbar. Da man aber in der Regel nicht weiß, unter welchem Blickwinkel man das System betrachtet, kann man damit nur Minimalwerte der Planetenmassen abschätzen und erhält keine Auskunft über die Lage der Bahn.

          Bemerkenswert sind die neuen Entdeckungen im System von Ypsilon Andromedae vor allem deshalb, weil es erstmalig gelungen ist, zusätzlich die Positionsverschiebung des Sterns am Himmel zu messen. Damit konnten die Forscher, wie sie im "Astrophysical Journal" (Bd. 715, S. 1203) berichten, die Wackelbewegung in allen drei Dimensionen erfassen. Die notwendige Genauigkeit dazu lieferten die Fine-Guidance-Sensoren des Weltraumteleskops Hubble. Aus der Kombination der über einen Zeitraum von 14 Jahren gewonnenen Radialgeschwindigkeiten und der Hubble-Daten aus den Jahren 2001 und 2006 konnten die Forscher erstmalig Massen und Bahnlagen in einem Exoplanetensystem auf astrometrischem Wege bestimmen. Sogar auf die Existenz eines vierten Planeten fanden sie Hinweise. "Das ist vor allem methodisch etwas völlig Neues und eine unglaubliche Leistung der Messtechnik", kommentiert Günther Wuchterl, Astrophysiker und Planetenjäger von der Thüringer Landessternwarte Tautenburg, das Ergebnis.

          Chaotischer al bisher angenommen

          Aus den neuen Daten lassen sich bereits Schlüsse über die Entwicklung von Planetensystemen ziehen. "Die Prämisse der planetaren Evolution war bislang, dass Planetensysteme - wie unser eigenes - nach ihrer Entstehung relativ koplanar bleiben", erklärt McArthur. "Unsere Messungen deuten darauf hin, dass dies nicht immer der Fall ist." Möglicherweise entstand das System von Ypsilon Andromedae ähnlich wie unser Sonnensystem in einer protoplanetaren Gasscheibe. Doch seine weitere Entwicklung muss wesentlich anders verlaufen sein. Vielleicht gab es Wechselwirkungen zwischen den Planeten des Systems, die einige Planeten aus dem Verbund hinausgeschleudert und andere auf gekippte Bahnen gezwungen haben. Oder aber der Begleitstern von Ypsilon Andromedae hat die Bahnen der Planeten durcheinandergebracht, was angesichts seines großen Abstands allerdings weniger wahrscheinlich ist.

          Dass das Exoplaneten-System an der Grenze zum Chaos liegt, findet Wuchterl nicht überraschend: "Auch unser eigenes Sonnensystem ist keineswegs völlig stabil." Es bestehe "eine winzige Chance, dass Merkur in ferner Zukunft einmal aus dem inneren Sonnensystem herausgeschleudert wird. Man sollte sich die Entwicklung von Planetensystemen als eine Art Erosionsprozess vorstellen, in dem alles herausgeschwemmt wird, was nicht seinen festen Platz hat."

          Jedenfalls ist unser Sonnensystem über einen recht langen Zeitraum stabil geblieben. Das beweist schon unsere Existenz. Ist es deswegen eine Ausnahmeerscheinung? "Ein sehr provokanter Gedanke", findet Barbara McArthur. Doch bedenke man die vielen mittlerweile bekannten "heißen Jupiter" - die ihren Zentralstern wie And b in geringer Distanz umkreisen - und die jetzt ermittelte Architektur des Systems von Ypsilon Andromedae, dann müsse man sich mit ihm auseinandersetzen. "Wir müssen noch mehr Planetensysteme untersuchen, ehe wir diese Frage endgültig beantworten können." Jan Hattenbach

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