Seit der Entdeckung des ersten Planeten im Jahr 1995, der einen anderen normalen Stern als die Sonne umkreist, sind heute mehr als 150 Kandidaten dieser sogenannten Exoplaneten bekannt. Die meisten von ihnen werden durch indirekte Methoden erfasst, die entweder auf Variationen der Radialgeschwindigkeit oder der Verdunkelung des Sterns beim Vorbeifahren des Planeten beruhen (siehe ESO PR 06/03, ESO PR 11/04 und ESO PR 22/04) ).
Astronomen würden es jedoch vorziehen, ein direktes Bild eines Exoplaneten zu erhalten, um die physische Natur des Objekts besser charakterisieren zu können. Dies ist eine äußerst schwierige Aufgabe, da der Planet im Allgemeinen im „Glanz“ seines Wirtssterns verborgen ist.
Um dieses Problem teilweise zu überwinden, untersuchen Astronomen sehr junge Objekte. In der Tat sind substellare Objekte in jungen Jahren viel heißer und heller und können daher leichter erkannt werden als ältere Objekte ähnlicher Masse.
Basierend auf diesem Ansatz könnte es durchaus sein, dass die Entdeckung eines schwachen Lichtflecks neben dem jungen Braunen Zwerg 2M1207 durch ein internationales Team von Astronomen mit dem ESO Very Large Telescope (ESO PR 23/04) im vergangenen Jahr die lang ersehnte Erfahrung war echtes Bild eines Exoplaneten. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht, der auf Daten des Hubble-Weltraumteleskops basiert, scheint dieses Ergebnis zu bestätigen. Die noch neueren Beobachtungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop des warmen Infrarotlichts zweier zuvor entdeckter „heißer Jupiter“ -Planeten sind in diesem Zusammenhang ein weiteres interessantes Ergebnis. Diese Fülle neuer Ergebnisse, die innerhalb weniger Monate erzielt wurden, zeigt perfekt die Dynamik dieses Forschungsbereichs.
Kleiner Begleiter
Jetzt hat ein anderes Team von Astronomen [1] möglicherweise einen weiteren wichtigen Durchbruch auf diesem Gebiet erzielt, indem es einen winzigen Begleiter für einen jungen Stern gefunden hat. Seit einigen Jahren suchen diese Wissenschaftler nach Planeten und Objekten mit geringer Masse, insbesondere um Sterne, die sich noch in ihrem Entstehungsprozess befinden - sogenannte T-Tauri-Sterne - und verwenden dabei sowohl die direkte Bildgebung als auch die Radialgeschwindigkeitstechnik. Eines der Objekte auf ihrer Liste ist GQ Lupi, ein junger T-Tauri-Stern, der sich in der Lupus I-Wolke (dem Wolf) befindet, einer Region der Sternentstehung, die etwa 400 oder 500 Lichtjahre entfernt ist. Der Stern GQ Lupi ist anscheinend ein sehr junges Objekt, das noch von einer Scheibe umgeben ist und zwischen 100.000 und 2 Millionen Jahre alt ist.
Die Astronomen beobachteten GQ Lupi am 25. Juni 2004 mit dem an Yepun angebrachten adaptiven Optikinstrument NACO, dem vierten 8,2-m-Einheitenteleskop des sehr großen Teleskops auf dem Cerro Paranal (Chile). Die adaptive Optik (AO) des Instruments überwindet die durch atmosphärische Turbulenzen verursachte Verzerrung und erzeugt extrem scharfe Bilder im nahen Infrarot.
Wie ESO PR Photo 10a / 05 zeigt, zeigt die Serie der NACO-Aufnahmen deutlich die Anwesenheit des winzigen Begleiters in unmittelbarer Nähe des Sterns. Dieses neu gefundene Objekt ist nur 0,7 Bogensekunden entfernt und wäre ohne die Verwendung der adaptiven Optikfunktionen von NACO übersehen worden.
In der Entfernung von GQ Lupi beträgt der Abstand zwischen dem Stern und seinem schwachen Begleiter etwa 100 astronomische Einheiten (oder das 100-fache der Entfernung zwischen Sonne und Erde). Dies ist ungefähr das 2,5-fache der Entfernung zwischen Pluto und der Sonne.
Der Begleiter, genannt GQ Lupi B oder GQ Lupi b [2], ist ungefähr 250-mal schwächer als GQ Lupi A, wie in dieser Bildserie gezeigt. Weitere Bilder, die im August und September mit NACO aufgenommen wurden, bestätigten die Anwesenheit und Position dieses Begleiters.
In die gleiche Richtung bewegen
Die Astronomen stellten dann fest, dass der Stern zuvor sowohl vom Subaru-Teleskop als auch vom Hubble-Weltraumteleskop beobachtet worden war. Sie haben die entsprechenden Bilder zur weiteren Analyse aus den Datenarchiven dieser Einrichtungen abgerufen.
Die älteren Bilder, die im Juli 2002 bzw. April 1999 aufgenommen wurden, zeigten auch die Anwesenheit des Begleiters, was den Astronomen die Möglichkeit gab, die Position der beiden Objekte über einen Zeitraum von mehreren Jahren genau zu messen. Auf diese Weise konnten sie feststellen, ob sich die Sterne am Himmel zusammen bewegen - wie zu erwarten ist, wenn sie durch Gravitation miteinander verbunden sind - oder ob das kleinere Objekt nur ein zufällig ausgerichtetes Hintergrundobjekt ist.
Bei ihren Messungen stellten die Astronomen fest, dass sich die Trennung zwischen den beiden Objekten während des von den Beobachtungen abgedeckten Fünfjahreszeitraums nicht geändert hat (siehe ESO PR Photo 10b / 05). Für die Wissenschaftler ist dies ein klarer Beweis dafür, dass sich beide Objekte am Himmel in die gleiche Richtung bewegen. „Wenn das schwache Objekt ein Hintergrundobjekt wäre“, sagt Ralph Neuh, Benutzer der Universität Jena (Deutschland) und Leiter des Teams, „würden wir eine Änderung der Trennung sehen, wenn sich GQ Lup am Himmel bewegen würde. Von 1999 bis 2004 hätte sich der Abstand um 0,15 Bogensekunden geändert, während wir zuversichtlich sind, dass die Änderung mindestens 20-mal kleiner ist. “
Exoplanet oder Brauner Zwerg?
Um die physikalische Natur des neu entdeckten Objekts weiter zu untersuchen, verwendeten die Astronomen NACO auf dem VLT, um eine Reihe von Spektren aufzunehmen. Diese zeigten die typische Signatur eines sehr kühlen Objekts, insbesondere das Vorhandensein von Wasser- und CO-Banden. Unter Berücksichtigung der Infrarotfarben und der verfügbaren Spektraldaten weisen atmosphärische Modellberechnungen auf eine Temperatur zwischen 1.600 und 2.500 Grad und einen Radius hin, der doppelt so groß wie Jupiter ist (siehe PR Photo 10c / 05). Demnach ist GQ Lupi B somit ein kaltes und eher kleines Objekt.
Aber wie ist die Natur dieses schwachen Objekts? Ist es ein echter Exoplanet oder ein Brauner Zwerg, diese „gescheiterten“ Sterne, die nicht massereich genug sind, um zentral große Kernreaktionen hervorzurufen? Obwohl die Grenze zwischen den beiden immer noch umstritten ist, besteht eine Möglichkeit, zwischen den beiden zu unterscheiden, in ihrer Masse (wie dies auch zwischen Braunen Zwergen und Sternen geschieht): (Riesen-) Planeten sind leichter als etwa 13 Jupitermassen ( Braune Zwerge sind schwerer als die kritische Masse, die benötigt wird, um die Deuteriumfusion zu entzünden.
Was ist mit GQ Lupi b?
Leider liefern die neuen Beobachtungen keine direkte Schätzung der Masse des Objekts. Daher müssen sich die Astronomen auf den Vergleich mit theoretischen Modellen solcher Objekte verlassen. Das ist aber nicht so einfach, wie es sich anhört. Wenn, wie Astronomen allgemein akzeptieren, GQ Lupi A und B gleichzeitig gebildet werden, ist das neu gefundene Objekt sehr jung. Das Problem ist, dass für solch sehr junge Objekte traditionelle theoretische Modelle wahrscheinlich nicht anwendbar sind. Wenn sie jedoch verwendet werden, liefern sie eine Schätzung der Masse des Objekts, die irgendwo zwischen 3 und 42 Jupitermassen liegt, d. H. Sowohl den Planeten als auch die Domänen der Braunen Zwerge umfasst.
Diese frühen Phasen der Bildung von Braunen Zwergen und Planeten sind für Modelle im Wesentlichen unbekannt. Es ist sehr schwierig, den frühen Zusammenbruch der Gaswolken unter den Bedingungen um den sich bildenden Mutterstern zu modellieren. Eine Reihe von Modellen, die speziell auf die Modellierung sehr junger Objekte zugeschnitten sind, liefern Massen von nur ein bis zwei Jupitermassen. Aber wie Ralph Neuh? User betont, "müssen diese neuen Modelle noch kalibriert werden, bevor die Masse solcher Gefährten sicher bestimmt werden kann".
Die Astronomen betonen auch, dass sie aus dem Vergleich ihrer VLT / NACO-Spektren mit den theoretischen Modellen des Co-Autors Peter Hauschildt von der Universität Hamburg (Deutschland) zu dem Schluss kommen, dass die beste Anpassung für ein Objekt mit ungefähr 2 Jupiter-Radien erzielt wird und 2 Jupitermassen. Wenn dieses Ergebnis zutrifft, wäre GQ Lupi b somit der jüngste und leichteste Exoplanet, der abgebildet wurde.
Weitere Beobachtungen sind noch erforderlich, um die Natur von GQ Lupi B genau zu bestimmen. Wenn die beiden Objekte tatsächlich gebunden sind, benötigt das kleinste Objekt mehr als 1.000 Jahre, um eine Umlaufbahn um seinen Wirtsstern zu vollenden. Dies ist natürlich zu lang, um zu warten, aber der Effekt der Orbitalbewegung könnte möglicherweise in einigen Jahren als winzige Änderung der Trennung zwischen den beiden Objekten erkennbar sein. Das Team plant daher, dieses Objekt regelmäßig mit NACO auf dem VLT zu beobachten, um diese Bewegung zu erkennen. Zweifellos werden in der Zwischenzeit weitere Fortschritte auf der theoretischen Seite erzielt und viele sensationelle Entdeckungen auf diesem Gebiet gemacht.
Mehr Informationen
Die in dieser ESO-Pressemitteilung vorgestellten Forschungsergebnisse werden in einem Brief an den Herausgeber veröffentlicht, der von Astronomy and Astrophysics zur Veröffentlichung angenommen wurde („Beweise für einen sich gemeinsam bewegenden substellaren Begleiter von GQ Lup“ von R. Neuh? User et al.) Und verfügbar als PDF unter http://www.edpsciences.org/articles/aa/pdf/forthpdf/aagj061_forth.pdf.
Hinweis
[1]: Das Team besteht aus Ralph Neuh? User, G? Nther Wuchterl, Markus Mugrauer und Ana Bedalov (Universität Jena), Eike Günther (Th? Ringer Landessternwarte Tautenburg, Deutschland) und Peter Hauschildt (Hamburger) Sternwarte, Deutschland).
[2]: In der astronomischen Literatur besteht die Konvention darin, Großbuchstaben für Sterne zu setzen, die Mitglied mehrerer Systeme sind, aber Kleinbuchstaben für Planeten. Wenn sich herausstellt, dass der Begleiter von GQ Lupi A ein Planet ist, würde er GQ Lupi b heißen, während er, wenn es sich um einen Braunen Zwerg handelt, als GQ Lupi B identifiziert würde. Angesichts der gegenwärtigen Unsicherheit haben wir daher beide Bezeichnungen verwendet in dieser Pressemitteilung ebenso wie die Autoren in der ursprünglichen wissenschaftlichen Arbeit.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
