Zwei Planeten in einer Umlaufbahn?

Zwei im selben Orbit: Astronomen könnten erstmals Belege für die Existenz von „Trojaner-Planeten“ entdeckt haben – Planeten, die einem anderen auf der gleichen Umlaufbahn folgen oder vorauseilen. Indiz dafür ist ein mit dem ALMA-Observatorium erkennbarer heller Lichtfleck im Orbit des jungen Gasriesen PDS 70b. Der Fleck befindet sich am Lagrangepunkt L5 und könnte von Material von etwa der doppelten Mondmasse stammen – möglichen Bausteinen eines Trojaner-Planeten, wie das Team berichtet.

Die Erde hat sie, der Jupiter und viele andere Planeten auch: Im Orbit vieler Planeten gibt es Trojaner – Asteroiden, die ihnen auf gleicher Bahn folgen oder voraneilen. Diese Begleiter sammeln sich an den gravitativ besonders stabilen Bahnpunkten Lagrange L4 und L5, die im Winkelabstand von 60 Grad vor und hinter dem Planeten liegen. Der Jupiter besitzt mehrere tausend dieser Trojaner, Theorien zufolge kann die Masse solcher Begleiter sogar ähnlich hoch werden wie die des Hauptplaneten.

Doch woher kommen diese Trojaner? Während die Trojaner der Erde oft nur vorübergehend eingefangene Asteroiden sind, könnten andere schon bei der Planetenbildung entstanden sein. „Simulationen zeigen, dass sich Staubpartikel schon bei Protoplaneten bevorzugt an den L4- und L5-Positionen sammeln“, erklären Olga Balsalobre-Ruza vom Zentrum für Astrobiologie in Madrid und ihre Kollegen. Modellen zufolge könnten aus solchen Staubwolken Planetesimale und schließlich Planeten entstehen.

Spurensuche in naher Planetenwiege

„Vor zwei Jahrzehnten wurde theoretisch vorhergesagt, dass Planetenpaare mit ähnlicher Masse die gleiche Umlaufbahn um ihren Stern haben könnten – die sogenannten trojanischen oder co-orbitalen Planeten“, so Balsalobre-Ruza. Bisher blieb aber unklar, ob solche Trojaner-Planeten tatsächlich existieren. Bei der besonders vielversprechenden und gut sichtbaren Planetenwiege PDS 70 haben die Astronomen deshalb noch einmal gezielt nach solchen Begleitern gesucht.

Das rund 370 Lichtjahre entfernte Planetensystem PDS 70 ist noch in einem frühen Bildungsstadium und zeigt inmitten einer protoplanetaren Staubwolke die hellen Lichtflecke zweier junger Gasriesen. Im Jahr 2021 entdeckten Astronomen um den äußeren dieser beiden Jungplaneten sogar Anzeichen einer zirkumplanetaren Scheibe und eines sich bildenden Exomonds. In den Daten des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) haben Balsalobre-Ruza und ihr Team nun die L4- und L5-Lagrangepunkte im Orbit des inneren Jungplaneten PDS 70b noch einmal genauer untersucht.

Lichtfleck spricht für Trojaner-Material

Und tatsächlich: Am Lagrangepunkt 5 des Jungplaneten PDS 70b entdeckten die Astronomen einen hellen Lichtfleck, der auf die Präsenz einer dichten Staub- oder Trümmerwolke an diesem Punkt hindeutet. Die Signifikanz dieser Beobachtung liegt ihren Angaben zufolge bei vier bis sechs Sigma. Damit ist die Wahrscheinlichkeit relativ gering, dass es sich bloß um ein Messartefakt handelt. „Diese Emission entspricht einer in dieser Gravitationssenke angesammelten Staubmasse von rund 0,03 bis zwei Erdmonden“, berichten Balsalobre-Ruza und ihr Team.

Damit könnten in der Umlaufbahn dieses Jungplaneten die Bausteine oder Trümmer eines zweiten, kleineren Planeten existieren. Sollte sich diese Entdeckung bestätigen, wäre dies der bisher stärkste Beleg dafür, dass sich zwei Exoplaneten eine Umlaufbahn teilen können – und dass solche Trojaner-Planeten gemeinsam in einer protoplanetaren Wolke entstehen. „Zum ersten Mal haben wir Hinweise gefunden, die für diese Idee sprechen“, sagt Balsalobre-Ruza.

Überprüfung ab 2026 möglich

Ob es sich bei dem Lichtfleck wirklich um einen werdenden oder frisch zerstörten Trojaner-Planeten handelt, könnte sich ab 2026 zeigen. Denn so lange dauert es, bis sich Jungplanet und Trojanerwolke weit genug voranbewegt haben, um ihren gemeinsamen Orbit zu bestätigen oder zu widerlegen. Die Astronomen sind jedoch zuversichtlich: „Wir prognostizieren, dass wir die co-orbitale Bewegung von PDS 70b und der mit L5 assoziierten Staubwolke ab Februar 2026 beobachten können“, schreibt das Team.

Sollte dies der Fall sein, wäre dies der erste eindeutige Beweis für einen Trojaner-Planeten. „Es ist eine spannende Vorstellung, dass sich zwei Welten die Dauer des Jahres und die Bedingungen für die Bewohnbarkeit teilen“, sagt Balsalobre-Ruza. Die aktuelle Beobachtung liefern die ersten Indizien dafür, dass es solche Doppelplaneten in einem Orbit wirklich geben könnte. (Astronomy and Astrophysics, 2023; doi: 10.1051/0004-6361/202346493)

Quelle: European Southern Observatory (ESO)