Erstes Foto eines kalten „Super-Jupiters“

Planetarer Schnappschuss: Astronomen haben einen massereichen Exoplaneten in nur zwölf Lichtjahren Entfernung entdeckt – und erstmals eine direkte Abbildung eines solchen kalten Super-Jupiters erstellt. Der Planet Epsilon Indi Ab ist der kälteste und älteste je direkt abgebildete Exoplanet, wie Astronomen in „Nature“ berichten. Der Gasriese ist sechs Jupitermassen schwer, rund 3,5 Milliarden Jahre alt und frostige Null Grad kalt. Einige seiner Merkmale geben jedoch Rätsel auf.

Unsere Sonne ist nicht der einzige Stern mit Planeten in unserer kosmischen Nachbarschaft. Astronomen haben inzwischen eine ganze Reihen von nahen Exoplaneten entdeckt, darunter auch einige erdgroße, potenziell habitable Welten. Unser nächster stellarer Nachbar, Proxima Centauri, besitzt sogar gleich drei planetare Begleiter. Dennoch existieren bisher nur sehr wenige direkte Abbildungen von Exoplaneten, die meisten von ihnen zeigen junge, heiße Gasriesen, weil diese im Infrarot relativ helle Lichtpunkte erzeugen.

Ein Dreifachsystem „vor unserer Haustür“

Jetzt ist es Astronomen jedoch erstmals gelungen, auch einen kalten, älteren Exoplaneten direkt sichtbar zu machen. Dem Team um Elisabeth Matthews vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg gelang dies mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops. Für ihre Studie nahmen sie das nur zwölf Lichtjahre entfernte Dreifach-Sternsystem Epsilon Indi ins Visier, das aus zwei Braunen Zwergen und als Hauptstern dem orangenen Zwergstern Epsilon Indi A besteht. Dieser ist etwas kleiner und kühler als die Sonne.

Interessant ist dieses Sternsystem deshalb, weil frühere Spektralanalysen erste Hinweise auf die Präsenz eines massereichen, großen Exoplaneten geliefert hatten. Um dem nachzugehen, setzten Matthews und ihr Team nun den im mittleren Infrarot arbeitenden MIRI-Spektrografen des Webb-Teleskops ein. Dieser deckt das überstrahlende direkte Licht des Zentralsterns mit einem speziellen Filter ab und kann so das sehr viel schwächere Licht des umkreisenden Planeten einfangen und abbilden.

Super-Jupiter auf exzentrischem Orbit

Tatsächlich entdeckten die Astronomen in den Aufnahmen einen hellen Lichtpunkt im nordöstlichen Quadranten des Teleskop-Sichtfelds. Allerdings befand sich dieser Lichtpunkt an einer völlig anderen Stelle, als nach den früheren Hinweisen erwartet. „Zu unserer Überraschung passte der helle Fleck, der auf unseren Bildern zu sehen war, nicht zu der Position, die wir für den Planeten erwartet hatten“, berichtet Matthews. „Frühere Studien hatten offenbar die Masse und die Umlaufbahn dieses riesigen Gasplaneten grob unterschätzt.“

Nähere Analysen enthüllten: Der helle Lichtpunkt stammt von einem sehr großen Planeten, der rund sechs Jupitermassen schwer sein muss – er ist damit ein „Super-Jupiter“. Der Gasriese umkreist den Hauptstern von Epsilon Indi auf einem relativ exzentrischen Orbit, dessen größte Entfernung vom Stern ungefähr dem Abstand des Neptun von der Sonne entspricht. Für eine Umkreisung benötigt der Epsilon Indi Ab getaufte Exoplanet rund 200 Jahre.

Diese lange, exzentrische Umlaufbahn könnte auch die unerwarteten Abweichungen von früheren Beobachtungen erklären: Diese hatten den Planeten am sternennächsten Extrem seines Orbits „erwischt“, waren aber von einer kreisförmigen Bahn ausgegangen, wie die Astronomen erklären.

Erstes Foto eines alten, kalten Exoplaneten

Die neuen Beobachtungen lieferten auch erste Hinweise auf die Eigenschaften des Epsilon Indi Ab getauften Exoplaneten. Demnach herrschen auf ihm frostige Temperaturen von im Mittel rund Null Grad. Eine weitere Besonderheit: „Von den rund 25 bisher direkt abgebildeten Exoplaneten waren alle jünger als 500 Millionen Jahre und alle bis auf sechs jünger als 100 Millionen Jahre“, schreiben Matthews und ihre Kollegen. Denn nur solche noch heißen und daher stark strahlenden Exoplaneten konnten überhaupt direkt beobachtet werden.

Der kalte Gasriese Epsilon Indi Ab ist dagegen schon rund 3,5 Milliarden Jahre alt und alles andere als jugendlich heiß. Damit ist dieser kalte Super-Jupiter der kälteste und älteste jemals direkt abgebildete Exoplanet, wie das Team berichtet. Solche „reifen“ Exoplaneten sind aus astronomischer Sicht besonders wertvoll, weil man an ihnen Modelle der Planetenentwicklung überprüfen und Fragen zu den späten Phasen extrasolarer Planeten klären kann.

Wer schluckt die Strahlung?

Einige Merkmale des neuentdeckten kalten Super-Jupiters werfen jedoch auch Fragen auf. So strahlt der Exoplanet zwar auf den beiden längeren vom Webb-Teleskop eingefangenen Infrarot-Wellenlängen relativ hell, im kurzwelligeren Bereich von 3,5 bis fünf Mikrometer Wellenlänge ist die Strahlung aber unerwartet schwach. „Dies könnte auf eine signifikante Absorption durch Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid zurückgehen, die die Strahlung auf diesen Wellenlängen unterdrücken“, erklären die Astronomen.

Denkbar wäre aber auch, dass es in der Atmosphäre des kalten Gasriesen Wolken gibt, die diese Infrarotstrahlung teilweise absorbieren. „Weitere photometrische und spektroskopische Untersuchungen dieses Planeten sind entscheidend, um herauszufinden, ob Chemie oder Wolkenpartikel die wahre Ursache für den unterdrückten Strahlungsfluss bei 3,5 bis fünf Mikrometern sind“, schreiben Matthews und ihr Team.

Solche weiterreichenden Untersuchungen sind bereits in Planung: „Unser nächstes Ziel ist es, Spektren zu gewinnen, die uns einen detaillierten Fingerabdruck der Klimatologie und der chemischen Zusammensetzung des Planeten liefern“, sagt Koautor Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie. (Nature, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07837-8)

Quelle: Nature, Max-Planck-Institut für Astronomie