Mittwoch, 30. April 2014

Beta Pictoris b: Astronomen messen erstmals Tageslänge eines Exoplaneten


Künstlerische Illustration des Exoplaneten Beta Pictoris b (Illu.). | Copyright: ESO L. Calçada/N. Risinger

Leiden (Niederlande) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) ist es Astronomen erstmals gelungen, die Rotationsdauer und damit die Tageslänge auf einem Planeten außerhalb des Sonnensystems zu bestimmen. Demnach dreht sich der Planet "Beta Pictoris b" einmal in nur acht Stunden mit einer Geschwindigkeit am Äquator von 100.000 Kilometern pro Stunde um seine eigenen Achse. Das ist schneller, als jeder Planet in unserem Sonnensystem. Zum Vergleich: Der Jupiter bewegt sich am Äquator mit ungefähr 47.000 Kilometern pro Stunde, während die Rotationsgeschwindigkeit der Erde am Äquator nur 1700 Kilometer pro Stunde beträgt.

Wie die Forscher um Ignas A. Snellen und Remco de Kok von der Universiteit Leiden und dem Netherlands Institute for Space Research (SRON) aktuell im Fachjournal "Nature" berichten, erweitert dieses neue Ergebnis die Relation zwischen Masse und Rotation, die in unserem Sonnensystem beobachtet wird, auf Exoplaneten. Ähnliche Methoden werden es Astronomen in der Zukunft erlauben, Exoplaneten mit dem "European Extremely Large Telescope" (E-ELT) detailliert zu kartieren.


Beta Pictoris b umkreist den etwa 63 Lichtjahre entfernten und mit bloßem Auge sichtbaren Stern Beta Pictoris, im südlichen Sternbild Pictor (Bildhauer). Entdeckt wurde er vor fast sechs Jahren und ist einer der ersten Exoplaneten, die direkt abgebildet werden konnten (...wir berichteten). Der Planet umkreist seinen Mutterstern in einem Abstand von 8 Astronomischen Einheiten (AE = Abstand Erde-Sonne). Somit ist er unter den Planeten, die direkt abgebildet wurden, derjenige, der am nächsten an seinem Stern liegt.


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Während also ein Tag auf Beta Pictoris b nur 8 Stunden dauert, ist der Planet mehr als 16 mal so groß und 3000 mal so schwer wie die Erde. Warum sich jedoch manche Planeten schnell und manche langsamer drehen, ist bislang noch nicht bekannt. "Aber diese erste Messung der Rotation eines Exoplaneten zeigt, dass der im Sonnensystem beobachtete Trend, nach dem schwerere Planeten sich auch schneller drehen, auch auf Exoplaneten zutrifft", kommentiert de Kok. "Es muss sich dabei um eine universelle Auswirkung des Prozesses der Planetenentstehung handeln."



Diese Grafik zeigt die Rotationsgeschwindigkeit mehrerer Planeten im Sonnensystem zusammen mit der kürzlich gemessenen Rotationsgeschwindigkeit des Planeten Beta Pictoris b in Abhängigkeit von der Masse der Objekte. | Copyright: ESO/I. Snellen (Leiden University)

Im Vergleich zur Erde, mit einem Alter von rund 4,5 Milliarden Jahren, ist Beta Pictoris b mit einem Alter von nur 20 Millionen Jahren, ein noch sehr junger Planet. Die Astronomen gehen davon aus, dass der Exoplanet mit der Zeit abkühlen und schrumpfen wird, wodurch er nur noch schneller rotieren wird. Allerdings könnten auch andere Prozesse im Spiel sein, die die Rotation des Planeten beeinflussen. Die Rotation der Erde beispielsweise, wird durch Gezeitenkräfte verlangsamt, die der Mond ausübt.


Um die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten zu bestimmen, nutzten die Wissenschaftler eine präzise Methode namens "hochdispersive Spektroskopie", um damit die verschiedenen Wellenlängen des Lichtspektrums des Planeten zu trennen. Das Prinzip des Dopplereffekts (oder der Dopplerverschiebung) erlaubte es ihnen, durch die Änderung der Wellenlänge zu erkennen, dass sich verschiedenen Teile des Planeten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in entgegengesetzter Richtung relativ zum Beobachter bewegen, erläutert die ESO-Pressemitteilung. Indem sie sehr sorgfältig die Effekte des sehr viel helleren Zentralgestirns entfernten, war es ihnen möglich die Rotationssignatur des Planeten zu extrahieren.


"Wir haben die Wellenlänge der Strahlung, die vom Planeten ausgeht, mit einer Präzision von 1 zu 100.000 gemessen. Dadurch wird die Messung empfindlich für den Dopplereffekt, der die Bestimmung der Geschwindigkeit eines strahlenden Objekts erlaubt", erläutert Snellen. "Mit Hilfe dieser Methode sehen wir, dass sich verschiedene Teile der Planetenoberfläche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf uns zu oder von uns weg bewegen. Das kann nur bedeuten, dass der Planet um seine Achse rotiert."


Diese Methode ist eng mit der Doppler-Bildgebung verwandt, die seit mehreren Jahrzehnten verwendet wird, um die Oberfläche von Sternen und kürzlich auch von einem Braunen Zwerg - Luhman 16B - zu kartieren (...wir berichteten). Die schnelle Rotation von Beta Pictoris b bedeutet, dass es in der Zukunft möglich sein wird, eine globale Karte des Planeten zu erstellen, die möglicherweise auftretende Wolkenstrukturen und Stürme zeigen könnte.


"Diese Methode kann mit der hervorragenden Auflösung und Empfindlichkeit des E-ELT und einem bildgebenden Hochdispersions-Spektrografen auf eine viel größere Auswahl an Exoplaneten angewendet werden. Mit dem geplanten Mid-infrared E-ELT Imager and Spectrograph (METIS) wird es uns mit dieser Methode möglich sein, globale Karten von Exoplaneten anzufertigen und sehr viel kleinere Planeten als Beta Pictoris b zu charakterisieren", ergänzt Bernhard Brandl, METIS-Projektleiter und Ko-Autor des neuen Fachartikels abschließend.


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Quelle: ESO
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