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Autor: Ralph-Mirko Richter / 07. Mai 2015, 17:57 Uhr

Direkt abgebildet: Vier Exoplaneten auf einen Streich

Einem internationalen Astronomenteam, dem auch mehrere Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg angehören, ist es gelungen, die vier den Stern HR 8799 umgebenden Exoplaneten direkt abzubilden. Hierfür nutzten die Wissenschaftler das Large Binocular Telescope auf dem Mount Graham im US-Bundesstaat Arizona.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie, Large Binocular Telescope Observatory
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Large Binocular Telescope Observatory

Bild vergrößernDas Large Binocular Telescope befindet sich auf dem Mount Graham im US-Bundesstaat Arizona. Mit diesem Instrument gelang im Oktober 2013 die direkte Abbildung eines kompletten, aus vier Exoplaneten bestehenden Planetensystems, welches den Stern HR 8799 umgibt. Ein zuvor vermuteter fünfter Planet konnte dagegen nicht bestätigt werden.
(Bild: Large Binocular Telescope Observatory)
Als Exoplaneten werden in der Astronomie Planeten bezeichnet, welche nicht dem Planetensystem der Sonne angehören, sondern die vielmehr fremde Sterne umkreisen. Mittlerweile gelang den Astronomen der Nachweis von 1.919 Exoplaneten. Allerdings konnte der Großteil dieser Planeten dabei nur durch verschiedene indirekte Methoden nachgewiesen werden.

Die direkte Abbildung von Exoplaneten stellt dagegen eine große Herausforderung dar, da sich diese Planeten zum einen sehr nahe an ihrem viele Lichtjahre entfernt gelegenen Mutterstern befinden und zum anderen auch noch sehr viel lichtschwächer als der jeweilige Zentralstern sind. In einer normalen Aufnahme überstrahlt das Licht eines Zentralsterns deshalb das schwache Leuchten eines den Stern umkreisenden Planeten selbst unter den optimalsten Beobachtungsbedingungen. Nicht zuletzt aus diesem Grund konnten bisher auch lediglich 54 Exoplaneten in 50 verschiedenen Sternsystemen durch direkte Abbildungen nachgewiesen werden.

Jetzt ist es jedoch einem internationalen Team von Astronomen, dem auch sechs Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg angehören, gelungen, mit einer neuen Aufnahme gleich ein komplettes Exoplanetensystem abzubilden. Für ihre Studie nutzten die daran beteiligten Astronomen das Large Binocular Telescope (abgekürzt "LBT") auf dem Mount Graham im US-Bundesstaat Arizona. Das LBT besteht aus zwei Hauptspiegeln mit einer Öffnung von jeweils 8,4 Metern, welche auf einer gemeinsamen Montierung befestigt sind. Kombiniert erreichen die beiden Optiken die gleiche Lichtsammelleistung wie ein einzelnes Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 11,8 Metern. Zudem erreicht es in dieser Konfiguration die optische Auflösung eines 22,8-Meter-Spiegels.

A.-L. Maire, Large Binocular Telescope Observatory

Bild vergrößernDas Planetensystem des Sterns HR 8799: Links der Planet HR 8799 b. Auf der rechten Seite befinden sich - von oben nach unten angeordnet - die Planeten c, e und d. Der Zentralstern ist in dieser IR-Aufnahme mittels einer Maske weitgehend ausgeblendet.
(Bild: A.-L. Maire, Large Binocular Telescope Observatory)
Das Sternsystem HR 8799

Bei den von den Astronomen beobachteten Planeten handelt es sich um vier jupiterähnliche Gasriesen, welche den etwa 130 Lichtjahre von unserem Sonnensystem im Sternbild Pegasus gelegenen Stern HR 8799 - auch bekannt unter der Bezeichnung V342 Pegasi - umkreisen. Diese Exoplaneten wurden bereits in den Jahren 2008 (Raumfahrer.net berichtete) und 2010 durch fotografische Abbildungen entdeckt. Ebenfalls im Jahr 2010 gelang es den Astronomen dabei sogar, das Spektrum von einem dieser Planeten - dem Exoplaneten HR 8799 b - zu analysieren (Raumfahrer.net berichtete ebenfalls).

Die bereits im Oktober 2013 mit dem LBT durchgeführten, aber erst kürzlich vollständig ausgewerteten Beobachtungen erfolgten im Wellenlängenbereich des infraroten Lichts. In diesem Bereich des Lichtspektrums erscheinen die beobachteten Exoplaneten relativ zu ihrem Zentralstern vergleichsweise hell. Durch die dabei angefertigten Aufnahmen konnte die gegenwärtige Position der vier Planeten ermittelt werden. In Kombination mit früheren Beobachtungsdaten gelang es so, die Umlaufbahnen dieser Planeten über einen längeren Zeitraum hinweg zu verfolgen.

Die Bahn des innersten und zuletzt entdeckten Planeten HR 8799 e konnte so über einen Zeitraum von vier Jahren verfolgt werden. Bei den drei äußeren Planeten war dies sogar über einen noch deutlich längeren Zeitraum möglich, da diese Exoplaneten sich nachträglich in Aufnahmen nachweisen ließen, welche bereits im Jahr 1998 mit dem Weltraumteleskop Hubble angefertigt wurden.

Die Auswertung dieser Beobachtungsdaten bestätigte die bereits vorher bestehende Annahme, dass im Fall des den Stern HR 8799 umgebenden Planetensystems sogenannte Bahnresonanzen vorliegen. Während eines vollständigen, etwa 164.250 Tage andauernden Umlaufs des äußersten Planeten um sein Zentralgestirn vollenden die näher an diesem Stern umkreisenden Planeten laut dieser Studie jeweils zwei, vier beziehungsweise acht komplette Umläufe.

Large Binocular Telescope Observatory (Enrico Sacchetti)

Bild vergrößernDas Large Binocular Telescope besteht aus zwei Hauptspiegeln mit einer Öffnung von jeweils 8,4 Metern, welche auf einer gemeinsamen Montierung befestigt sind. Im kombinierten Einsatz erreichen diese beiden Optiken die gleiche Lichtsammelleistung wie ein einzelnes Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 11,8 Metern. Zudem erreicht das LBT die optische Auflösung eines 22,8-Meter-Spiegels.
(Bild: Large Binocular Telescope Observatory (Enrico Sacchetti))
Frühere theoretische Modelle über die Bahnmechaniken im Bereich des Planetensystems von HR 8799 sagten die Existenz eines weiteren Planeten voraus, welcher sich zwischen dem Stern und dem innersten dieser vier Planeten bewegt und der den Stern dabei entweder 16 oder 24 mal so häufig umläuft wie der äußerste Planet. Die Existenz dieses hypothetischen Planeten konnte jedoch durch die Beobachtungen mit dem Large Binocular Telescope, welches auch Bilddaten aus der unmittelbaren Umgebung des Sterns lieferte, nicht bestätigt werden.

Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Arbeit von A.-L. Maire et al. wurden bereits am 20. April 2015 unter dem Titel "The LEECH Exoplanet Imaging Survey. Further constraints on the planet architecture of the HR 8799 system" in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics publiziert.

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Fachartikel von A.-L. Maire et al.:
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