Erster Steckbrief eines fremden Planetensystems

Sind Mehr-Planetensysteme wie das Sonnensystem eine Ausnahme oder die Regel im Kosmos? Das ist bisher nicht geklärt. Jetzt aber haben Astronomen immerhin eines der wenigen bekannten Systeme mit mehr als einem Planeten erstmals genauer analysiert und beschrieben. Die jetzt in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlichte Studie trägt dazu bei, extrasolare Planeten und ihre Gesetzmäßigkeiten besser zu verstehen.

In den letzten Jahren werden immer extrasolare Planeten entdeckt. Bisher sind jedoch nur wenige Fälle bekannt, in denen mehrere Planeten zusammen einen Stern umkreisen. Einer davon ist das Drei-Planetensystem um den Stern HR 8799. Astronomen des Keck Observatoriums auf Hawaii war es im September 2008 gelungen, den jungen Stern und seine Planeten erstmals direkt abzubilden. Das System liegt 130 Lichtjahre von der Erde entfernt in der Konstellation Pegasus.

Drei Planeten um jungen Stern

Ob aber Planetensysteme wie HR 8799 oder das Sonnensystem die Ausnahme oder die Regel sind, ist bisher nicht bekannt. „Dafür kennen wir einfach noch zu wenige andere Planetensysteme“, erklärt Professor Alexander Krivov von der Friedrich- Schiller-Universität Jena. „Unser eigenes Sonnensystem ist relativ gut erforscht. Wir haben jedoch kaum Vergleichsmöglichkeiten.“ Dem Astronomenteam der Universität Jena gelang es nun, das Mehr-Planetensystem um den Sterns HR 8799 erstmals ausführlich zu beschreiben.

Für ihre Untersuchung des Sterns HR 8799 und seines Systems trugen die Wissenschaftler alle vorhandenen Daten und Informationen zu dem Stern und den drei ihn umkreisenden Planeten zusammen. Auch die Beobachtungsdaten zweier Gürtel aus Asteroiden, Kometen und Staub im gleichen System flossen in die Jenaer Untersuchungen ein.

Computermodell gleicht Beobachtungsdaten ab

„Sämtliche Daten sind zu ganz unterschiedlichen Zeitpunkten und mit verschiedenen Methoden erhoben worden“, berichtet Martin Reidemeister. Zusammen mit seinen Kollegen hat der Doktorand alle diese Informationen ausführlich analysiert. „Mit einem Computermodell haben wir simuliert, ob die Daten überhaupt plausibel sind“, so der Physiker. „Dadurch konnten wir viele Parameter recht genau bestimmen.“

Jupitergroße Gasriesen in Resonanz

Eine dieser Größen ist das Alter des Systems. „Die Angaben in der Literatur schwanken zwischen 30 Millionen und einer Milliarde Jahre“, so Krivov. „Eine enorme Zeitspanne, die wir mit unserer Analyse deutlich auf 30 bis 50 Millionen Jahre einschränken konnten.“ Auch die Masse der Planeten und die Ausrichtung ihrer Bahnen konnten die Wissenschaftler vom Astrophysikalischen Institut durch ihre Simulationsanalysen relativ sicher bestimmen.

Demnach könnten die Planeten von innen nach außen die fünffache, die siebenfache und noch einmal die siebenfache Jupitermasse besitzen. Stabil wäre dies aber nur, wenn ihre Bahnebene nicht mehr als rund 20 Grad gegenüber der Sichtlinie der Beobachtungen von der Erde aus geneigt wäre. Außerdem ergab das Modell, dass die stabilen Umlaufbahnen eine 4:2:1 Resonanz in der Bewegung der drei Planeten mit sich bringen könnten.

Asteroidengürtel innen und außen

Auch die Lage der Asteroiden- und Staubgürtel im System beschreiben die Astronomen genauer: So liegt ein Asteroidengürtel rund zehn astronomische Einheiten (AU) innerhalb des innersten Planeten, ein weiterer bildet eine Art „Kuipergürtel“ und rahmt das System außerhalb des äußersten Planeten in rund 100 AU Entfernung von Zentralstern ein. Die Massen der beiden Gürtel schätzen die Forscher auf 1 x 10-5 Erdmassen für den inneren und 4 x 10-2 für den äußeren Ring.

„Wir haben viele Ähnlichkeiten, aber auch eine ganze Reihe Unterschiede zu unserem Sonnensystem festgestellt“, berichtet Krivov. „Unsere Analysen sollen helfen, besser zu verstehen, wie andere Planetensysteme insgesamt organisiert sind.“ Vielleicht werden dadurch irgendwann andere Planetensysteme entdeckt, auf denen Leben möglich ist.

(Universität Jena, 21.08.2009 – NPO)