Ferne Sonnensysteme: Transitplanet verrät sonst verborgenen Planeten – 2 neue Moleküle im All

Mit dem Weltraumteleskop Kepler überwachen Astronomen kontinuierlich rund 150 000 Sterne, um leichte Schwankungen in deren Helligkeit zu entdecken. Diese könnten auf die Existenz eines Planeten hindeuten, der von der Raumsonde aus gesehen vor dem Stern seine Bahnen zieht und ihn periodisch verdunkelt. Das Verhalten eines solchen Transitplaneten haben David Nesvorny vom Southwest Research Institute in Boulder im US-Bundesstaat Colorado und seine Kollegen nun genauer untersucht und stießen dabei auf mindestens einen weiteren Planeten im selben System, der bei der gängigen Analyse verborgen blieb.

In den Daten des Kepler-Teleskops suchten die Wissenschaftler nach Systemen mit Planeten, deren Transit sich nicht streng periodisch ereignet oder unterschiedlich lang andauert. Fündig wurden sie bei dem etwa jupitergroßen Exoplaneten KOI-872b: Einige Transits treten hier relativ zu anderen um mehr als zwei Stunden verzögert auf. Diese Variationen deuten auf nahe gelegene Begleiter wie Monde oder Planeten hin, die durch ihre Schwerkraft den Orbit des Transitplaneten beeinflussen. „Es wurde schnell klar, dass ein großes, für die Transitmethode verborgenes Objekt an dem Planeten ziehen muss“, erläutert Nesvorny.

Am besten ließen sich die über insgesamt 15 Transits beobachteten Variationen durch einen Planeten mit der Masse des Saturns erklären, der den Zentralstern alle 57 Tage umkreist. Anders als der benachbarte Transitplanet zieht er dabei aus Keplers Sicht aber nicht vor dem Gestirn entlang. Die Computermodelle der Astronomen legen sogar nahe, dass sich noch ein dritter Planet in dem System aufhalten könnte. Dieser sollte etwa den zweifachen Erdradius besitzen und den Stern KOI-872 etwa alle sieben Tage umrunden – eindeutig nachweisen lässt sich dessen Existenz aber noch nicht. Die Umlaufbahnen der beiden bestätigten Planeten seien relativ rund und lägen nahezu in einer Ebene, so die Wissenschaftler um Nesvorny, damit erinnerten sie an die Anordnung der Bahnen in unserem Sonnensystem.

Bisher nutzten Astronomen die Variationen in der Transitzeit vor allem, um den Planetenstatus der Transitobjekte zu bestätigen oder deren Eigenschaften zu präzisieren. Die Idee, diese Methode auch für die Suche nach Planeten zu nutzen, ist bereits mehrere Jahre alt und führte bereits zu mehreren potenziellen Funden. Nesvorny und seinen Kollegen gelang es nun jedoch erstmals mit dieser Praktik, auch die Masse und den Orbit eines sonst verborgenen Planeten zu bestimmen. In ihrer Studie machen die Wissenschaftler zudem Vorhersagen für zukünftige Transits. Neue Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Kepler sollen nun das Bild des Planetensystem um den Stern KOI-872 präzisieren.

Der deutsche Great-Empfänger an Bord des Flugzeug-Observatoriums Sofia untersucht die Geburt von Sternen in der Galaxis

Zwei neue Moleküle entdeckt und verschiedene Stadien der Sternengeburt detailliert untersucht – das ist die Bilanz des Observatoriums Sofia nach der ersten Serie von Wissenschaftsflügen mit dem Instrument Great. Die Ergebnisse werden nun  in einer Ausgabe der europäischen Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics” veröffentlicht. Entwickelt hat Great ein Konsortium deutscher Forschungseinrichtungen unter Leitung von Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Viele der in einer Spezialausgabe von „Astronomy & Astrophysics“ präsentierten 22 Veröffentlichungen internationaler Wissenschaftler befassen sich mit dem Sternentstehungsprozess in seinen allerfrühesten Phasen, in denen der embryonale Stern (Protostern) noch in heftiger Wechselwirkung mit den umgebenden Molekülwolken steht. Dabei zerstört er seine Geburtswolke, heizt das umgebende Material auf und ionisiert es.

Die hohe spektrale Auflösung von Great ermöglicht es, durch die Untersuchung der Emission des ionisierten Kohlenstoffs in einer Reihe von Sternentstehungsgebieten, das Geschwindigkeitsfeld des Gases in der umgebenden Molekülwolke aufzulösen. So gelang dem Instrument an drei Babysternen der direkte Nachweis des Kollapses der protostellaren Hüllen, was unmittelbar Rückschlüsse auf die dynamischen Prozesse bei der Sternengeburt erlaubt.

Weiterhin untersuchten die Forscher mit Great die Hülle eines Sterns in der Spätphase seiner Entwicklung, die durch den heißen Stern im Innern aufgeheizt und ionisiert wird, sowie die heftige Wechselwirkung eines Supernova-Überrests mit dem umgebenden interstellaren Medium. Außerdem nahm Great die Gasscheibe im Zentrum der Milchstraße unter die Lupe, die das massereiche schwarze Loch mit Materie füttert. Und schließlich blickte das Instrument auch in andere Milchstraßen und beobachtete die Sternentstehung im Zentralbereich der nahen Galaxie IC342.

Als wichtige Entdeckung gilt auch der erste Nachweis von zwei neuen Molekülen im Weltraum: OD, eine isotopische Variante von Hydroxyl (OH), bei der das Wasserstoffatom durch sein schwereres Isotop Deuterium ersetzt wurde, sowie das Sulfanyl-Radikal SH. Eine technische Meisterleistung stellen erste spektroskopische Beobachtungen bei einer Frequenz von 2,5 Terahertz (entsprechend einer Wellenlänge von 0,120 Millimeter) dar; damit wird neues astrophysikalisches Territorium erkundet.

„Die hohe Auflösung unseres Spektrometers ist speziell dafür ausgelegt, die Physik und Chemie des interstellaren Gases und den Lebenszyklus der Sterne zu erforschen, von ihrer frühen embryonalen Phase noch innerhalb der Geburtswolke bis zum Tod des entwickelten Sterns, bei dem die Hülle wieder zurück in den umgebenden Raum geschleudert wird“, sagt Great-Projektleiter Rolf Güsten vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Diese phantastischen Ergebnisse sind der Lohn für unsere langjährige Entwicklungsarbeit.“

„Die reiche Ernte von wissenschaftlichen Resultaten bereits aus der allerersten Beobachtungs­kampagne mit Sofia und unserem Great-Empfänger gibt einen guten Eindruck des gewaltigen wissenschaftlichen Potenzials, das in diesem Flugzeug-Observatorium steckt“, ergänzt der stellvertretender Projektleiter Jürgen Stutzki von der Universität Köln.

Im Gegensatz zum Betrieb von Satelliten erlaubt Sofia, den rasanten Fortschritt insbesondere im Bereich der Terahertz-Beobachtungen unmittelbar zu nutzen. Instrumente wie Great können – fortlaufend an den neuesten technischen Stand angepasst – stets im Grenzbereich des technisch Möglichen fliegen und versprechen so aufregende astronomische Entdeckungen für die kommenden Jahre.

Die erste Serie wissenschaftlicher Flüge wurde im November 2011 erfolgreich abgeschlossen. Die nächste Flugserie ist für den Spätherbst dieses Jahres geplant, dann ist Sofia bereits mit Detektoren ausgestattet, die bei bis zu 4,7 Terahertz (0,063 Millimeter Wellenlänge) arbeiten.

Quellen: NASA/Spektrum.de/Max-Planck-Gesellschaft vom 11.05.2012

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