Linsen und Finsternisse - wo sind die fremden Erden im All?

Bilden sich in der Staubscheibe Orion 114-426 gerade Planeten?

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Bilden sich in der Staubscheibe Orion 114-426 gerade Planeten? Der junge Stern im Zentrum der Scheibe ist nicht zu sehen - aber der Stern beleuchtet Gasmassen ober- und unterhalb der Scheibe (im Bild links und rechts der Scheibe).

Die gängige Methode zur Planetensuche bei fremden Sternen, die Beobachtung der Radialgeschwindigkeiten, liefert nur sehr grobe Daten eines Planeten - zum Beispiel nur die Mindestmasse. Dagegen verwöhnt die "Transitmethode" die Astronomen geradezu. Bei ihr nutzen die Forscher, daß ein Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern entlang zieht. Dabei deckt er einen Teil dessen Oberfläche ab und läßt so den Stern vorübergehend minimal schwächer leuchten.

Aber ist es nicht beliebig unwahrscheinlich, einen Stern zu erwischen, den ein großer Planet wie Jupiter auf einer engen Bahn umkreist und daß wir den ausgerechnet genau von der Seite sehen? Eike Günther, Astronom an der Thüringischen Landessternwarte in Tautenburg, weiß einen Ausweg aus diesem Dilemma.

"Glücklicherweise sind wir in der Astronomie in der Lage, sehr viele Sterne gleichzeitig zu beobachten. Bei dem Projekt hier beobachten wir mit einer einzigen Aufnahme, mit einem Feld am Himmel, etwa 30.000 Sterne gleichzeitig. Wenn wir 30.000 Sterne gleichzeitig beobachten, dann müßte statistisch einmal pro Nacht solch eine Verfinsterung bei irgendeinem dieser Sterne stattfinden. Wir müssen die Beobachtungen natürlich länger als eine Nacht durchführen, damit wir wirklich bestätigen, daß bei einem einzelnen Stern periodisch eine Verfinsterung auftaucht. Dadurch können wir beweisen, daß dort ein Planet ist."

Bereits einmal haben Astronomen mit dem Hubble-Weltraumteleskop den Vorübergang eines Planeten beobachtet - das gelang allerdings nach konkreter Vorwarnung, da bei diesem Stern bereits ein naher Planet durch die Radialgeschwindigkeitsmethode bekannt war. Jetzt machen sich die Tautenburger in den dunklen Neumondnächten auf die Suche.

"Wir könnten aus der Lichtkurve ableiten, wie die Größe des Planeten ist, eventuell ist es auch möglich, etwas über die Atmosphäre des Planeten auszusagen, indem man sehr gute Spektren macht genau im Moment der Verfinsterung."

Durch Kombination mit spektroskopischen Daten wäre auch die Masse des Planeten bekannt, somit sogar seine Dichte! Äußerst präzise Informationen über eine ferne Welt, nur weil wir für ein paar Stunden gleichsam im Schatten dieses Planeten stehen. Eine "Sternfinsternis" mit wahrlich erhellenden Folgen...

Im Wortsinne erhellend ist auch die vierte Methode, mit der sich Planeten aufspüren lassen. Dabei klingt das "Microlensing" fast nach einem kosmischen Taschenspielertrick: Läuft zufällig ein Vordergrundstern fast genau zwischen uns und einem der Millionen Sterne in Richtung des Milchstraßenzentrums hindurch, so wirkt die Schwerkraft des Vordergrundsterns wie eine Linse und bündelt das Licht des weiter entfernten Sterns. Dieser erscheint dann für einige Wochen oder Monate viel heller als üblich.

Den Stern TWA-5 A umkreist ein Brauner Zwerg

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Den Stern TWA-5 A umkreist ein Brauner Zwerg (TWA-5 B, oben). Braune Zwerge sind größer als Planeten, aber nicht groß genug, um "echte" Sterne zu werden.

Eine internationale Astronomengruppe um Penny Sackett vom Mount Stromlo Observatorium in Canberra verfolgt genau die sich verändernde Helligkeit:

"Wir suchen nach Anzeichen für einen Planeten, der um den linsenden Stern läuft. Dann wäre die Lichtkurve nicht mehr so schön glatt mit einem langsamen Anstieg und Abfall, sondern es gäbe zusätzlich einen plötzlichen, nur sehr kurz andauernden Ausbruch der Helligkeit. Das würde zeigen, daß um die Linse ein kleinerer Körper läuft - ein Planet."

Der zusätzliche Helligkeitsausbruch verrät zwei Dinge über den linsenden Stern und seinen Begleiter: Den Abstand der beiden am Himmel und - ganz wichtig! - das Massenverhältnis beider Objekte.

"Der Vorteil ist, daß sich mit Microlensing Planeten viel kleinerer Masse finden lassen als mit derzeitigen Methoden. Ereignisse mit kleinen Planeten sind zwar sehr selten, aber in etwa 5 bis 10 Jahren werden wir technisch so weit sein, daß wir vielleicht sogar einige Planeten so klein wie die Erde entdecken. Der Nachteil ist, daß jeder Planet nur genau einmal zu sehen ist - jedenfalls in menschlichen Zeiträumen. Wir müssen also hingucken, wenn es passiert - wir können die Messung nicht wiederholen."

Ein Planet, der genau vor einem weit entfernten Stern entlang zieht, läßt diesen stets nur für ein paar Stunden heller leuchten - dann verläßt der Planet wieder unsere Sehlinie zum Stern und verschwindet auf Nimmerwiedersehen aus unserem Blickfeld. Die Astronomen brauchen also Teleskope auf allen Kontinenten, um die Helligkeit eines Kandidaten wirklich rund um die Uhr präzise zu überwachen - bisher ist das kaum möglich.

Dabei fallen bei Microlensing am ehesten Planeten auf, die etwa zwei- bis achtmal so weit von ihrem Stern entfernt sind wie die Erde von der Sonne - also genau in dem Bereich, den die bisherigen Methoden kaum erfassen, der aber für eine Theorie über die Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen äußerst wichtig ist.

Orion-Nebel: das uns nächste Sternentstehungsgebiet

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Der Orion-Nebel ist mit 1.500 Lichtjahren Entfernung das uns nächste Sternentstehungsgebiet. In seinem Zentralbereich rund um den Trapez-Haufen zeigt diese Infrarotaufnahme etliche orangefarbene bzw. rote Punkte - vermutlich Braune Zwerge.

Ab Ende 2004 steht der Microlensing-Suche nach Planeten das neue VST zur Verfügung, das VLT Service-Teleskop der Europäischen Südsternwarte in Chile. Und wieder ist die Anzahl der überwachten Sterne entscheidend. Im großen Blickfeld des VST ist rein statistisch ständig ein gutes Dutzend weit entfernter Sterne heller, weil gerade ein Vordergrundstern über die Sehlinie läuft und das Licht bündelt. Wenn die Astronomen dann nur genügend Zeit zum Hingucken haben, so werden sie bestimmt auch die kurzen Phasen abpassen, in denen sich gelegentlich die Planeten der linsenden Sterne verraten - Momente, in denen die Natur gleichsam die Superlupe hinhält, um wahre Geschwister der Erde in Tausenden von Lichtjahren Entfernung zu entdecken.

Momente, die wir nutzen sollten, denn die so bewährten und beliebten Radialgeschwindigkeiten geraten bei wirklich erdähnlichen Planeten an ihre Grenzen, erklärt Michel Mayor von der Genfer Sternwarte und Entdecker des ersten extrasolaren Planeten, der einen sonnenähnlichen Stern umläuft:

"Jupiter führt bei der Sonne zu einer Pendelbewegung von 13 Metern pro Sekunde - die Erde führt aber nur zu 8 Zentimetern pro Sekunde. Dies ist prinzipiell unbeobachtbar, da es innerhalb der Sternatmosphäre deutlich schnellere Bewegungen gibt. Wir können mit dieser Technik also nicht Planeten wie die Erde entdecken."