11 Jahre übersehen: Riesiger Exoplanet versteckte sich in alten Teleskop-Daten
Wie in einer im Fachmagazin The Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Studie zu lesen ist, haben Forscher:innen den Exoplaneten Beta Pictoris d nach langen Analysen erfolgreich aufgespürt. Der riesige Himmelskörper befindet sich rund 63 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt und wurde in extrem komplexen alten Aufnahmen des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte entdeckt.
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Der weitgehend isolierte Gasplanet weist eine Masse auf, die etwa 2,4 Jupitermassen entspricht und damit deutlich unter der seiner orbitalen Nachbarn Beta Pictoris b und c liegt. Er gilt derzeit als der lichtschwächste Exoplanet, der jemals von der Erde aus direkt fotografiert wurde, weshalb er rund elf Jahre lang in den riesigen Datenbergen der Observatorien unentdeckt blieb.
Die Analyse alter Datensätze führt zu Beta Pictoris d
Der Astronom Ben Sutlieff von der schottischen University of Edinburgh und sein Team wollten ursprünglich den bereits länger bekannten Planeten Beta Pictoris b genauer untersuchen. Stattdessen zeigte das hochsensible Analyseinstrument namens ERIS auf den aktuellen Aufnahmen einen separaten, bislang völlig unbekannten Lichtpunkt, der sich klar vom Hintergrund absetzte.
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Daraufhin durchsuchte das internationale Team ältere Archivdaten und fand den flüchtigen Planeten auf diversen Bildern, die im Laufe des letzten Jahrzehnts von verschiedenen Instrumenten gesammelt worden waren. „Planet d hat mit uns offenbar über ein Jahrzehnt lang Verstecken gespielt“, zitiert SciTechDaily die an der Auswertung beteiligte Astronomin Jayne Birkby von der britischen University of Oxford.
James-Webb-Teleskop liefert wichtige chemische Belege
Ein zweites, gänzlich unabhängiges Team um den Astronomen Aidan Gibbs an der University of California im US-amerikanischen San Diego bestätigte die Entdeckung parallel mit Infrarotdaten des Weltraumteleskops James Webb. Diese wichtige unabhängige Verifizierung durch technologisch vollkommen unterschiedliche Beobachtungsinstrumente verleiht den veröffentlichten Ergebnissen eine ungewöhnlich hohe wissenschaftliche Belastbarkeit.
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Das leistungsstarke Weltraumteleskop der US-Raumfahrtbehörde Nasa wies in der Atmosphäre des Himmelskörpers die molekularen Fingerabdrücke von elementarem Methan, Kohlenmonoxid und Wasserdampf nach. Diese spezifischen chemischen Signaturen halfen den Wissenschaftler:innen maßgeblich dabei, den Planeten eindeutig vom umgebenden stellaren Staub des Sternensystems zu unterscheiden.
Seltenes Mehrplanetensystem bietet ideale Forschungsbedingungen
Der Heimatstern Beta Pictoris ist mit einem geschätzten Alter von lediglich rund 20 Millionen Jahren im direkten Vergleich zu unserer Sonne noch außerordentlich jung. Dieses sehr frühe Entwicklungsstadium ordnet das gesamte Sternensystem noch immer massiv um, sodass dort aktuell fortlaufende Kollisionen von Asteroiden und Kometen zur Bildung weiterer kleinerer Gesteinsplaneten führen könnten.
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Aktuell ist Beta Pictoris nach dem System HR 8799 erst das zweite Sternensystem, in dem mehr als zwei Planeten direkt fotografiert werden konnten. Da alle drei Himmelskörper aus derselben kosmischen Staubwolke entstanden sind, können Forscher:innen ihre Entwicklung optimal vergleichen, ohne verfälschende Unterschiede zwischen gänzlich fremden Sternensystemen herausrechnen zu müssen.
Direkte Bildgebung stößt oft an technische Grenzen
Die meisten bisher bekannten Exoplaneten werden lediglich indirekt entdeckt, wenn sie vor ihren Sternen vorbeiziehen oder deren genaue Position durch gravitative Wechselwirkungen leicht ins Wanken bringen. Die direkte Bildgebung versucht hingegen, das vom Planeten selbst ausgehende Licht direkt einzufangen, was durch das millionenfach hellere Licht des jeweiligen Zentralsterns enorm erschwert wird.
Um dieses gravierende technische Problem zu lösen, müssen spezielle Instrumente die Blendwirkung des Sterns künstlich unterdrücken und den schwachen Planeten vom umliegenden Sternenstaub separieren. Im konkreten Fall von Beta Pictoris d war dies besonders anspruchsvoll, da der Planet vergleichsweise kühl ist und daher nur sehr wenig detektierbares Infrarotlicht ins All abstrahlt.
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Dass die Entdeckung dennoch gelang, verdankt die Wissenschaft dem hochsensiblen ERIS-Instrument, welches extrem schwache Infrarotwellen sehr präzise aufzeichnen kann. Zudem wendeten die Forscher:innen völlig neue Algorithmen auf die Bilddaten an, um das blendende Sternenlicht digital herauszufiltern und den verborgenen Planeten im Datenrauschen sichtbar zu machen.
Ein kosmisches Rätsel um die Trümmerscheibe wird gelöst
Der neue Planet löst zudem ein ganz handfestes Rätsel um das System Beta Pictoris. Der Stern ist von einer rotierenden Staubscheibe umgeben, die nach innen hin extrem abrupt aufhört, als hätte dort etwas den Weltraum regelrecht leergefegt.
Forscher:innen vermuteten schon länger, dass die Schwerkraft eines unentdeckten Planeten das Material anzieht und so für diese messerscharfe Kante sorgt. Beta Pictoris d bestätigt nun diese Annahme, da er exakt über die passende Masse und Umlaufbahn verfügt, um die Trümmerscheibe auf diese Weise wie ein Schneepflug freizuräumen.
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Dennoch bleibt die Auswertung solcher Teleskopbilder stets anfällig für ärgerliche Fehlinterpretationen. So können stark verdichtete Staubstrukturen die optischen Infrarotsignale echter Himmelskörper täuschend echt imitieren, weshalb die unabhängige Bestätigung durch das James-Webb-Teleskop für die Wissenschaft hier so entscheidend war.
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Zukünftige Teleskope sollen weitere verborgene Welten aufdecken
Die gigantische Umlaufbahn des Planeten konnte noch nicht völlig abschließend bestimmt werden, jedoch deutet vieles auf eine Distanz von 26 Astronomischen Einheiten zum Zentralstern hin. Eine einzige Astronomische Einheit entspricht der durchschnittlichen Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, womit eine komplette Umrundung etwa 91 Jahre dauern dürfte.
Mit dem bevorstehenden Bau des Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte hofft die astronomische Gemeinschaft, die Instrumente für die direkte Bildgebung in naher Zukunft noch weiter zu präzisieren. Die beteiligten Wissenschaftler:innen gehen fest davon aus, dass in den bekannten Systemen noch weitaus mehr Planeten existieren, die sich derzeit schlichtweg im gleißenden Licht ihrer Sterne verbergen.
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