Zwei Sonnen am Himmel: Der 245 Lichtjahre entfernte Exoplanet Kepler-16b umkreist zwei Sterne auf einmal – ähnlich wie Tatooine, der fiktionale Heimatplanet von Luke Skywalker aus Star Wars. Jetzt ist es Astronomen erstmals gelungen, diesen Doppelstern-Planeten auch mit einem erdbasierten Teleskop zu beobachten. Dies markiert das erste Mal, dass ein solcher Doppelstern-Planet mit der Radialgeschwindigkeitsmethode nachgewiesen wurde – anhand des Schwerkrafteffekts auf seine Sterne.
Lange galt es als fraglich, ob es um Doppelsterne überhaupt Planeten geben kann. Denn diese wachsen typischerweise in der rotierenden Staub- und Gasscheibe um ihren Stern heran. In Doppel- oder Dreifach-Sternsystemen stören jedoch Schwerkraftturbulenzen diese Akkretion – so dachte man. Doch der Kosmos widerlegt diese Annahme: Im Jahr 2011 gelang es Astronomen mit Kepler-16b erstmals, einen zirkumbinären Exoplaneten nachzuweisen – einen Planeten, der zwei Muttersterne umkreist. Seither haben Astronomen eine ganze Reihe von weiteren Exoplaneten mit zwei oder sogar drei Sonnen entdeckt, einige davon kreisen sogar in der habitablen Zone ihrer Sterne.
Warum Transit-Beobachtungen nicht reichen
All diese Doppel- und Dreifachstern-Planeten wurden anhand von Transits aufgespürt. Dabei schluckt der vor seinem Stern vorbeiziehende Planet einen Teil des Sternenlichts und erzeugt so eine deutliche Senke in der Lichtkurve. Das Problem jedoch: Die Transitmethode kann nur die Planeten finden, die von uns aus gesehen direkt vor ihren Sternen vorüber wandern. Außerdem liefert sie keinen direkten Aufschluss darüber, wie groß die Masse des Exoplaneten ist – eine der für seine Beschaffenheit wichtigsten Kenngrößen.
Dadurch liefert diese Methode nur ein sehr unvollständiges Bild darüber, wie häufig und vielfältig zirkumbinäre Exoplaneten sind. Anders ist dies mit der zweiten gängigen Methode der Planetenjäger: der Radialgeschwindigkeit. Bei dieser detektieren Astronomen anhand winziger Verschiebungen im Lichtspektrum den Schwerkrafteffekt, den ein Planet auf seinen Stern ausübt. Dies verrät nicht nur die Masse, sondern ist auch unabhängig von der Ausrichtung der Planetenorbits.
„Die Radialgeschwindigkeit ist daher essenziell, um mehr und andere zirkumbinäre Exoplaneten zu finden“, erklären Amaury Triaud von der University of Birmingham und seine Kollegen. „Bisher wurde aber noch nie das Signal eines zirkumbinären Planeten mithilfe dieser Methode entdeckt.“
Kepler-16b im Spektrografen-Blick
Das hat sich nun geändert: Triaud und seinem Team ist es gelungen, den Doppelstern-Planeten Kepler-16b über seinen Schwerkrafteinfluss nachzuweisen. Dafür nahmen sie den 245 Lichtjahre entfernten Doppelstern in den letzten Jahren mehrfach mit dem Spektrografen des 1,93-Meter-Teleskops am Observatorium von Haute Provence in Frankreich ins Visier. Mithilfe aufwendiger Analysen gelang es dem Team, trotz der zahlreichen von den beiden Sterner selbst erzeugten Störsignalen das winzige vom Planeten verursachte Taumeln zu identifizieren.
Das Ergebnis bestätigt damit, dass der Doppelstern Kepler-16 tatsächlich von einem Planeten umkreist wird. Dieser wiegt 0,33 Jupitermassen und ist damit etwa so schwer wie der Saturn in unserem Sonnensystem. Anders als der fiktive Planet Tatooine ist Kepler-16b allerdings kein Wüstenplanet, sondern eher ein kalter Gasriese. Denn mit einer Umlaufzeit von 229 Tagen kreist er am Außenrand der habitablen Zone seiner beiden Muttersterne. Dennoch könnte man wie von Tatooine aus zwei nahe beieinander stehende Sonnen am Himmel sehen.
Erster Nachweis übers Schwerkrafttaumeln
„Dies ist das erste Mal, dass ein zirkumbinärer Planet über die Radialgeschwindigkeit detektiert wird und auch das erste Mal, dass ein solcher Exoplanet durch erdbasierte Teleskope nachgewiesen wird“, berichten die Astronomen. Sie sehen darin einen wichtigen ersten Schritt hin zur Entdeckung weiterer solcher Doppelstern-Planeten mithilfe der Radialgeschwindigkeit.
Das könnte auch klären, wie solche zirkumbinären Exoplaneten trotz der Turbulenzen in ihrem System entstehen können. „Die Planeten könnten sich weiter von ihren Sternen entfernt bilden und erst später nach innen wandern“, erklärt Koautor David Martin von der Ohio State University. „Alternativ müssen wir vielleicht unsere Vorstellungen zur Planetenbildung durch Akkretion revidieren.“
Die Astronomen hoffen, durch das Aufspüren weiterer zirkumbinärer Exoplaneten einige der Antworten auf diese Fragen zu finden. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2022; doi: 10.1093/mnras/stab3712)
Quelle: Royal Astronomical Society, University of Birmingham
