Donnerstag, 12. Januar 2012

Planeten um ferne Sterne sind die Regel und nicht die Ausnahme

Künstlerische Umsetzung des Studienergebnisses mit im Maßstab stark vergrößerten Sternen und ihren Planeten. | Copyright: ESO/Kornmesser

Paris/ Frankreich - Mit Hilfe des sogenannten Mikrogravitationslinseneffekts hat ein internationales Astronomenteam ergründet, wie häufig Planeten in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, vorkommen. Nach sechs Jahren der intensiven Suche anhand von Beobachtungsdaten mehrerer Millionen Sterne kommen die Wissenschaftler nun zu dem Schluss, dass die Existenz von Planeten um andere Sterne nicht die Ausnahme sondern der Normalfall ist.

Wie das Astronomenteam um Arnaud Cassan vom Institut d'Astrophysique de Paris, dem auch mehrere Forscher der Arbeitsgruppe von Joachim Wambsganß vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) angehören, in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature" berichtet, konzentrierte sich die Studie nicht auf den Nachweis und die Analyse einzelner der bereits mehr als 700 entdeckten Exoplaneten, sondern auf die "entscheidende Frage: Wie häufig Planeten eigentlich in unserer Milchstraße sind."

"Der Großteil der heute bekannten Exoplaneten wurde entweder durch die gravitative Anziehungskraft des Planeten auf seinen Mutterstern oder durch die winzige Abschwächung des Sternenlichts entdeckt, die zustande kommt, wenn ein Planet auf seiner Umlaufbahn von der Erde aus gesehen direkt vor dem Stern vorbeiläuft", erläutert die Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO, eso.org). "Beide Techniken weisen bevorzugt Planeten nach, die massereicher sind, nur einen geringen Abstand zum Stern haben oder sogar beides. Viele Exoplaneten werden bislang übersehen, da sie unterhalb der Nachweisgrenze dieser Methoden liegen."

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Die Autoren der aktuellen Studie haben hingegen mit einer völlig anderen Methode nach Exoplaneten gefahndet. Mit der Methode, die sich dem sogenannten Mikrogravitationslinseneffekt bedient, können auch solche Planeten nachgewiesen werden, die einen größeren Abstand zum Stern selbst haben und über einen großen Massebereich verteilt sind.

"Wir haben in den Daten aus sechs Jahren Beobachtungszeit nach Hinweisen auf Mikrogravitationslinsenereignisse von Exoplaneten gesucht", erläutert Cassan. "Tatsächlich hat sich dabei herausgestellt, dass Planeten in unserer Milchstraße häufiger vorkommen als Sterne. Außerdem sind kleine Planeten wie die so genannten Supererden oder kühle, neptunähnliche Planeten offenbar zahlreicher als ihre massereicheren großen Brüder."

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler Daten der Kampagnen PLANET und OGLE, in deren Rahmen Exoplaneten über den Effekt nachgewiesen werden, den ihr Gravitationsfeld zusammen mit dem Gravitationsfeld ihres Muttersterns auf das Licht im Hintergrund liegender Sterne ausübt. "Stern und Planet wirken dabei wie eine Linse, die die Helligkeit des Hintergrundsterns einige Tage lang verstärkt. Der Verlauf der Helligkeitsänderung hat eine sehr charakteristische Form, dabei ist der Einfluss des Planeten oft nur für einige Stunden messbar."

Damit der Effekt überhaupt beobachtbar ist, müssen der als Linse fungierende Stern und der Hintergrundstern allerdings exakt auf einer Sichtlinie liegen - und so etwas tritt nur sehr selten auf. Soll bei einem solchen Ereignis auch noch ein Planet um den Linsenstern eine Rolle spielen, muss auch dessen Umlaufbahn genau richtig orientiert sein. "Es ist wie die Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen: Wir müssen die Helligkeit von ein paar Millionen Sternen mehrmals pro Woche messen, um ein einziges stellares Mikrogravitationslinsenereignis zu beobachten. Und selbst wenn alle so entdeckten Sterne einen Planeten haben, zeigt sich der Planet in weniger als einem Prozent dieser Lichtkurven", erläutert Wambsganß.

Dennoch gelang es den Astronomen, mit den Daten der sechsjährigen Beobachtungskampagnen gleich drei Planeten nachzuweisen: eine Supererde und jeweils einen Planeten mit Massen vergleichbar zu denen von Jupiter und Neptun. Bezogen auf die Rate von Mikrogravitationslinsenereignissen insgesamt sei das eine reiche Ausbeute. "Entweder hatten die Astronomen mit den drei Planeten ungeheures Glück oder aber Planeten sind in unserer Milchstraße so häufig, dass eine solch hohe Anzahl an Detektionen unvermeidlich war", kommentiert die ESO-Pressemitteilung.

Das Forscherteam kombinierte die Daten der drei gefundenen Planeten mit denen von sieben weiteren Exoplaneten, die ebenfalls über den Mikrogravitationslinseneffekt entdeckt worden waren, und mit der großen Zahl von Sternen, bei denen während der sechs Jahre kein solches Ereignis nachgewiesen werden konnte. "Diese (um Größenordnungen zahlreicheren!) Nicht-Detektionen sind für die statistische Analyse genauso wichtig wie die entdeckten Planeten. Aus diesen Berechnungen lässt sich darauf schließen, dass in etwa jeder sechste Stern von einem Planeten mit ungefähr einer Jupitermasse umkreist werden dürfte."

Damit würden etwa die Hälfte aller Sterne von Planeten mit einer Neptunmasse umkreist werden. Zwei Drittel aller fernen "Sonnen" hätten demnach Begleiter von der Größe einer Supererde. Die Studie erfasst Planeten, deren Abstände von ihrem Stern 75 Millionen bis 1,5 Milliarden Kilometer betragen (das entspricht in unserem Sonnensystem dem Bereich von der Venus bis zum Saturn) und deren Massen von fünf Erdmassen bis zur zehnfachen Jupitermasse reichen.

Die Resultate sprechen also eine klare Sprache: Sterne werden durchschnittlich von mehr als einem Planeten begleitet. "Planeten um andere Sterne sind nicht länger die Ausnahme, sondern die Regel."

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