Verräterische Dellen

Wenn es um die Suche nach extrasolaren Himmelskörpern geht, reicht ein einfaches Teleskop nicht aus – die meisten Exoplaneten und erst recht ihre Monde sind zu klein, zu weit entfernt und stark von ihren Sternen überstrahlt, um direkt sichtbar zu sein. Astronomen müssen daher auf indirekte Fahndungsmethoden zurückgreifen.

Taumelnde Sterne

Eine Methode ist die Suche nach winzigen Taumelbewegungen, die die Schwerkraft eines Planeten oder Mondes beim Zentralstern verursacht. Diese Schwankungen des Sterns verursachen leichte Verschiebungen im Spektrum seines Lichts, die mit hochauflösenden Spektrografen nachgewiesen werden können. Über diese Analyse der Radialgeschwindigkeit haben Astronomen im Jahr 1995 den ersten Exoplaneten entdeckt und auch die drei Planeten um unseren nächsten Nachbarstern Proxima Centauri wurden so aufgespürt.

Das Problem jedoch: Je kleiner und leichter ein Planet oder Mond ist und je weiter er von seinem Stern entfernt liegt, desto geringer ist ihr Schwerkrafteinfluss – und desto schwächer sind die Veränderungen der Radialgeschwindigkeit. Schon Planeten von Erdgröße sind mit dieser Methode nur schwer nachweisbar. Erheblich schwieriger wird es beim noch subtileren Signal eines Exomonds. Sein Effekt ist so schwach, dass er im allgemeinen „Rauschen“ des spektralen Signals untergeht.

Schatten in der Lichtkurve

Ein zweites Fahndungswerkzeug ist die Transitmethode. Bei ihr suchen Astronomen nach dem schwachen Abdimmen des Sternenlichts, das die Passage eines umkreisenden Planeten direkt vor seinem Stern verursacht. Dieser Transit zeigt sich in einer charakteristischen, periodisch wiederkehrenden Senke in der Lichtkurve. Wenn nun dieser Exoplanet einen Mond besitzt, hinterlässt dieser ebenfalls Spuren in der Lichtkurve.

Kreist der Exomond relativ weit von seinem Planeten entfernt, taucht er im Idealfall deutlich vor oder nach seinem Planeten vor dem Stern auf. Dies erzeugt eine flachere, kürzere Delle der Lichtkurve, die direkt neben der größeren Planetendelle liegt. Dieses Merkmal führte im Jahr 2018 zur Entdeckung des ersten bekannten Exomonds, einen Trabanten, der einen rund 8.000 Lichtjahre entfernte Gasriesen umkreist.

Für ihre Fahndung hatten die US-Astronomen Aley Teachey und David Kipping den 19 Stunden dauernden Transit des Exoplaneten Kepler-1625b mit dem Weltraumteleskop Hubble verfolgt. Bei diesem Planeten waren sie schon zuvor in den Transit-Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Kepler auf Auffälligkeiten gestoßen. „Wir sahen kleine Abweichungen und Schwankungen in der Lichtkurve, die unsere Aufmerksamkeit weckten“, berichtet Kipping.

Ein erster Fahndungserfolg

Die Hubble-Daten bestätigten dies: In der Lichtkurve gab es eine kleine „Zweitdelle“, die 3,5 Stunden nach der vom Planeten verursachten Abschattung auftrat. „Das passt zu einem Mond, der seinem Planeten folgt wie ein Hund an der Leine“, so Kipping. Und noch ein zweites Indiz gab es in der Hubble-Lichtkurve: Kepler 1625b begann seinen Transit knapp 78 Minuten früher als aufgrund seiner Umlaufbahn zu erwarten wäre.

Solche sogenannten Transit Timing Variations (TTV) gehören ebenfalls zu den Anzeichen, durch die sich Exomonde entdecken lassen. Denn sie entstehen, weil die Schwerkraft des Mondes am Planeten zieht und ihn je nach Mondposition leicht abbremst oder beschleunigt. „Wenn eine extraterrestrische Zivilisation den Transit von Erde und Mond vor der Sonne beobachten würde, sähen sie ähnliche Anomalien in den Transitzeiten der Erde“, erklärt Kipping. Bei Kepler-1625b begann der Planet seinen Transit 1,25 Stunden früher als er sollte – auch das ein Indiz für einen Trabanten.

Im Januar 2022 wurden Kipping und seine Kollegen zum zweiten Mal fündig: Nach gezielter Re-Analyse von Kepler-Daten stießen sie auf elf potenzielle Exomond-Kandidaten, von denen einer sich als besonders hartnäckig erweis: „Es ist ein sehr robustes Signal – wir haben es auf Herz und Nieren geprüft, aber es ging nicht weg“, sagt Kipping. Bei dem Kepler-1708b-i getauften Exomond handelt sich um den Trabanten eines rund 5.500 Lichtjahre entfernten Exoplaneten.