Planeten um den Stern Fomalhaut genauer vermessen

San Pedro de Atacama (Chile) – Obwohl sich das Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile noch im Bau befindet, haben Wissenschaftler bereits erste Daten analysiert. Sie beobachteten mit ALMA die Staubscheibe um den Stern Fomalhaut, der rund 25 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Untersuchungen zeigen, dass sowohl der innere als auch der äußere Rand der dünnen Staubscheibe scharf begrenzt ist. Die Wissenschaftler schließen daraus, dass die Staubteilchen durch die Wirkung der Schwerkraft zweier Planeten in der Scheibe gehalten werden, wobei einer der Planeten den Stern innerhalb des Ringes und der andere außerhalb umläuft.

Zeichnerische Darstellung des Planetensystems um Fomalhat. In der Mitte ist der Stern zu sehen, der von einem ockerfarbenen Ring aus Staub umgeben ist. Am äußeren und inneren Rand des Rings ist je ein Planet eingezeichnet, beide Planeten haben eine ähnlich Größe und umlaufen den Stern in der gleichen Richtung wie der Ring.
Planeten im Staubring von Formalhaut

„Indem wir die Ergebnisse von Computersimulationen mit der Form der Scheibe vergleichen, die sich aus unseren ALMA-Daten ergibt, können wir die Masse und die Umlaufbahn eines Planeten in der Nähe des Ringes sehr genau bestimmen“, erklärt der Leiter der Studie, Aaron Boley von der  University of Florida. Die Planeten müssen demnach größer als der Mars sein, können aber maximal einige Male so groß sein wie die Erde. Damit sind die Planeten deutlich kleiner als bislang angenommen: Im Jahr 2008 hatten Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble den inneren der beiden Planeten zeigen können. Damals waren die Forscher allerdings davon ausgegangen, dass er größer als Saturn wäre, der zweitgrößte Planet in unserem Sonnensystem. Bei späteren Beobachtungen mit Infrarotteleskopen war es dann allerdings nicht mehr gelungen, den Planeten nachzuweisen.

Da die Hubble-Bilder im sichtbaren Licht aufgenommen wurden, zeigten sie auch kleine Staubkörner, die durch die Strahlung des Sterns nach außen getrieben werden – dadurch wird das Abbild der Staubscheibe undeutlicher. ALMA dagegen beobachtet im Radiowellenbereich, also bei viel größeren Wellenlängen. Dadurch werden nur größere Staubkörner mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter nachgewiesen, die von der Strahlung des Sterns nicht beeinflusst werden. Die Aufnahmen von ALMA liefern so ein schärferes Bild der Staubscheibe.

Dass Planeten oder Monde für die scharfen Abgrenzungen eines Staubringes verantwortlich sein können, konnte erstmals nachgewiesen werden, als die Voyager-Sonden am Saturn vorbeiflogen und detaillierte Aufnahmen von dessen Ringsystems lieferten. Auch beim Planeten Uranus wird ein Ring durch den Schwerkrafteinfluss  der zwei Monde Cordelia und Ophelia zusammengehalten: Monde und Planeten, deren Orbit innerhalb des Rings liegt, sind schneller als die Staubpartikel des Rings. Es kommt zu einer Energieübertragung auf die Staubpartikel, sodass die innersten Teilchen nach außen gedrückt werden. Monde und Planeten außerhalb der Scheibe bewegen sich dagegen langsamer als die Staubteilchen. Seine Schwerkraft verringert die Energie der Teilchen und lässt sie nach Innen zurückfallen.

Den ALMA-Daten zufolge misst der Ring vom inneren bis zum äußeren Rand rund das 16-fache des Abstands der Erde von der Sonne. Seine Dicke beträgt im Vergleich dazu nur ein Siebtel dieser Ausdehnung. Außerdem ist der Ring mehr als dreimal so weit von seinem Stern entfernt wie der Zwergplanet Pluto von der Sonne. Das Ringsystem hat damit viel größere Ausmaße als unser Sonnensystem. „Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres großen Abstands zum Stern sind die beiden Planeten in der Nähe des Rings die kältesten Planeten, die man bislang in der Umlaufbahn um einen normalen Stern gefunden hat“, fügt Boley hinzu.

Die Astronomen haben das Fomalhaut-System im September und Oktober 2011 beobachtet, und damit zu einer Zeit, als erst ein Viertel der vorgesehenen 66 Antennen des Radioteleskops ALMA verfügbar waren. Die Fertigstellung der Anlage ist für nächstes Jahr geplant. Das Projekt wird gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen. Von europäischer Seite aus wird ALMA über die Europäische Südsternwarte ESO finanziert.