Instabile Planetenbahnen durch Doppelstern

Weite Doppelsternsysteme sind keine geeigneten Orte für stabile Planetenbahnen. Das zeigen Simulationen der Dynamik solcher Systeme durch ein Forscher-Duo aus dem Libanon und Indien. Resonanzen mit der Bahnbewegung des zweiten Sterns führen demnach zu starken Störungen in einem Mehrplanetensystem und können Planeten aus dem System herausschleudern. Das Resonanzphänomen biete eine Erklärung für die beobachtete geringere Anzahl von Mehrplanetensystemen bei weiten Doppelsternen, so die beiden Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Planeten um einen groß sichtbaren Stern, im Hintergrund rechts oben ein weiterer Stern.
Planeten in weitem Doppelsternsystem

„In weiten Doppelsternsystemen sind die Exzentrizitäten und Neigungswinkel von Planetenbahnen oft sehr groß“, sagt Jihad Touma von der Amerikanischen Universität Beirut und Seshadri Sridhar vom Raman Research Institute in Bangalore. „Die Ursache dafür ist vermutlich die Anziehungskraft des weiter außen kreisenden, zweiten Sterns.“ Bislang sei jedoch unklar, wie diese Störung der Planetenbahnen ablaufe. Simulationen mit einem einzelnen Planeten deuten zwar auf eine Kozai-Lidov-Instabilität genannte Ursache, bei der die Neigung der Sternumlaufbahn gegen die Planetenbahnen zu starken Oszillationen im System führt. „Bei Systemen mit mehreren Planeten unterdrücken die gegenseitigen Einflüsse zwischen den Planeten jedoch diese Instabilität“, so Touma und Sridhar.

Die beiden Forscher haben deshalb Computersimulationen von unterschiedlichen Konfigurationen solcher Mehrplanetensysteme bei weiten Doppelsternen durchgeführt. Dabei stießen sie auf ein bislang übersehenes Phänomen: Die Perioden der Präzessionen der Umlaufbahnen des zweiten Sterns und weiter außen kreisender Planeten können von der gleichen Größenordnung sein und so in Resonanz zueinander stehen. Solche Resonanzen vergrößern dann die Exzentrizität und die Neigung einer Planetenbahn und können in letzter Konsequenz sogar dazu führen, dass ein Planet aus dem System geschleudert wird. In Übereinstimmung mit den Beobachtungen ist also zu erwarten, dass weite Doppelsterne weniger Mehrplanetensysteme enthalten als Einzelsterne.

Touma und Sridhar haben in diesem Zusammenhang auch untersucht, ob unsere Sonne einen weit entfernten zweiten Stern als Begleiter besitzen könnte. Die Simulationen zeigen für diesen Fall jedoch eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Resonanz mit der Bahn des Planeten Saturn. Die Architektur unseres Sonnensystems spricht also gegen die Existenz eines solchen Begleiters unserer Sonne.