Planetensysteme anderer Sterne nicht wesentlich größer als das Sonnensystem

Aufgrund einer umfassenden Suche nach Planetensystemen um junge Sterne in der Nachbarschaft der Sonne haben Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg zusammen mit amerikanischen und italienischen Kollegen festgestellt, dass massereichere Planeten als Jupiter auf größeren Umlaufbahnen als jener Saturns äußerst selten vorkommen.

Erstmals im Jahr 1995 wurde ein Planet entdeckt, der einen anderen Stern als die Sonne umläuft. Seitdem haben die Astronomen mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode mehr als 230 »Super-Jupiter« gefunden, die ihren Zentralstern auf engen Bahnen umlaufen. Diese indirekte Methode zur Entdeckung von Planeten beruht auf dem Nachweis der Bewegung, die der Stern um den Schwerpunkt des Systems Stern-Planet ausführt.

Mittlerweile sind mehr als zweitausend wissenschaftliche Veröffentlichungen über jupiterähnliche Riesenplaneten erschienen, die ihren Zentralstern in nicht größeren Abständen als der Abstand Erde-Sonne (eine Astronomischen Einheit, AE) umlaufen. Allerdings ist die Radialgeschwindigkeitsmethode am empfindlichsten für Planeten, die ihren Zentralstern auf engen Bahnen umlaufen, und sagt über weiter außen liegende Planeten wenig aus. Andere Beobachtungsmethoden sind erforderlich, um Aussagen über Planeten in Abständen größer als 5 AE vom Zentralstern zu erhalten. (Der Radius der Umlaufbahn Jupiters um die Sonne beträgt 5 AE oder das Fünfache der Distanz Erde-Sonne.) Erst wenn man diese Außenbereiche der Planetensysteme anderer Sterne untersucht hat, kann man »durchschnittliche« Planetensysteme charakterisieren und entscheiden, ob unser Sonnensystem repräsentativer Durchschnitt, oder doch eher eine Ausnahme ist.

Die Heidelberger Astronomen, zusammen mit Kollegen der University of Arizona in Tucson, der Europäischen Südsternwarte ESO, aus Arcetri bei Florenz, vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und vom Keck-Observatorium auf Hawaii, haben nun eine grundlegende, dreijährige Durchmusterung abgeschlossen, bei der für weiter außen liegende Planeten empfindliche Nachweismethoden eingesetzt wurden. Sie untersuchten 54 junge Sterne in der Nachbarschaft der Sonne, von denen am ehesten zu erwarten war, dass sie nachweisbare, Jupiter-ähnliche Riesenplaneten auf Umlaufbahnen jenseits 10 AE besitzen. Wie sich herausstellte, sind solche Planeten so selten, dass sich in der Stichprobe kein einziger fand.

»Bei den untersuchten nahen Sternen sind wir zweifellos in der Lage, etwaige Riesenplaneten auf Umlaufbahnen jenseits von 10 AE nachzuweisen«, erklärte Rainer Lenzen, der am MPIA maßgeblich an der Entwicklung der zur Durchmusterung eingesetzten Spezialkameras beteiligt war: »Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass diese Sterne jenseits von 10 AU noch Planeten mit mehr als dem Fünffachen der Jupitermasse besitzen.«

In den vergangenen zwölf Jahren entdeckten die Astronomen – zu ihrer Überraschung – eine ganze Population massereicher Planeten auf engeren Bahnen als jener Merkurs (des innersten Planeten im Sonnensystem), die ihren Zentralstern innerhalb weniger Tage umlaufen. Die neue Durchmusterung hat nun gezeigt, wo die äußeren Grenzen für Riesenplaneten liegen. Damit wurde das Bild vom »typischen« Planetensystem in einem wesentlichen Punkt vervollständigt: Wir wissen heute, dass die Planetensysteme anderer Sterne, gemessen an den Umlaufbahnen ihrer größten Planeten, nicht wesentlich größer sind als unser Sonnensystem. Damit können die Astronomen realistischere Vorstellungen von der Entstehung »typischer« Planetensysteme entwickeln.

Für die Durchmusterung kamen die neuartigen SDI-Kameras (Simultaneous Differential Imagers) an einem der vier 8.2-Meter-Teleskope der ESO auf dem Cerro Paranal (Chile) und am 6.5-Meter-Teleskop der University of Arizona auf Mount Hopkins (Arizona) zum Einsatz. Die SDI-Kameras liefern für sehr kleine Abstände von weniger als einer Bogensekunde (vergleichbar dem Winkel, unter dem ein Groschen in drei Kilometern Entfernung erscheint) den höchsten mit Teleskopen je von der Erde oder dem Weltraum aus erreichten Kontrast bei der Abbildung methanreicher Gasplaneten neben ihrem Zentralstern.

Bei diesem SDI-Verfahren wird zum einen durch rechnerunterstützte Korrekturen (»adaptive Optik«) die durch die Luftunruhe verschlechterte Bildschärfe bis hin zur Beugungsgrenze des Teleskops verbessert. Zum anderen wird durch Vergleich der korrigierten Bilder um die Methanabsorptionskante (ein charakteristisches Merkmal im infraroten Teil des Spektrums) herum die Empfindlichkeit für methanreiche Planeten besonders geschärft.

Die wissenschaftliche Arbeit wird im Astrophysical Journal erscheinen. Sie ist vorab unter http://xxx.lanl.gov/abs/0705.0066 erhältlich.