„Der erste Exosatellit“

Welt der Physik: Es wurden ja schon viele Exoplaneten gefunden. Aber es gibt bislang noch keinen Nachweis eines fernen Mondes, oder?

Jana Köhler

Jana Köhler: So ist es. Mittlerweile sind über 6000 Exoplaneten bekannt, aber noch kein einziger Exomond. Es gab zwar in der Vergangenheit einige Kandidaten, aber alle wurden am Ende wieder widerlegt. Beim Sternsystem CD-35 2722 ist es uns nun geglückt, erstmals einen Trabanten in einem fernen Planetensystem ausfindig zu machen. Es ist vom Typ der Himmelskörper nur eben nicht das, was man sich gemeinhin unter einem Mond vorstellt, der einen Planeten umkreist.

Was haben Sie denn in diesem Planetensystem entdeckt?

Wir haben im Sternsystem CD-35 2722 ein sehr ungewöhnliches Dreierpaket von Himmelskörpern ausfindig gemacht. Im Zentrum steht ein Stern von ungefähr der halben Masse unserer Sonne. Um diesen Stern kreist ein sogenannter Brauner Zwerg. Und dieser Braune Zwerg hat wiederum einen Trabanten. Dabei handelt es sich aber nicht um einen gewöhnlichen Fels- oder Eismond, wie wir es aus unserem Sonnensystem kennen. Stattdessen ist dieser Trabant ein jupiterähnlicher Gasriese. Wir haben ihn deshalb einen Exosatelliten genannt, weil der Begriff Exomond nicht so recht passen wollte.

Was sind Braune Zwerge für Himmelskörper?

Braune Zwerge sind deutlich größer als Planeten, aber zu klein, um ein stabiles Fusionsfeuer im Innern zu zünden, wie echte Sterne das tun. Sie bringen typischerweise einige Dutzend Jupitermassen auf die Waage. Das reicht, um nach der Entstehung für eine Zeit lang Fusionsprozesse im Innern ablaufen zu lassen. Diese klingen aber schnell ab, woraufhin Braune Zwerge dann über viele Jahrmillionen langsam abkühlen. Sie sind aber generell heißer als gewöhnliche Gasriesen wie Jupiter und stellen damit eine Zwischenklasse zwischen Planeten und Sternen dar.

Welche Eigenschaften haben die beiden großen Objekte in dem System, also der Braune Zwerg und der Stern, um den er kreist?

Der Braune Zwerg ist ungefähr dreißigmal so schwer wie Jupiter und hat eine Oberflächentemperatur von rund 1500 Grad Celsius. Damit gibt er infrarote Strahlung ab. Er umkreist seinen Stern auf einer relativ weit außen gelegenen Bahn, mit knapp dem 70-fachen Abstand der Erde zur Sonne. Dieser ist mit 3300 Grad Celsius deutlich heißer und heller. Aber die präzise Beobachtung war möglich, weil dieses Sternsystem ziemlich nahe liegt – es ist nur 73 Lichtjahre von uns entfernt. Das ist sozusagen unsere kosmische Nachbarschaft.

Weitwinkelaufnahme rund um das Sternsystem CD-35 2722

Und der jupiterähnliche Trabant?

Dieser umkreist den Braunen Zwerg mit einer Umlaufzeit von 170 Tagen in etwa einem Fünftel des Abstands von Erde und Sonne. Verglichen mit unserem Sonnensystem wäre das also noch innerhalb der Merkurbahn. Durch diesen geringen Abstand „zieht“ der Braune Zwerg aufgrund seiner Gravitation relativ stark an seinem Trabanten. Über diesen Effekt konnten wir den Trabanten auch nachweisen. Denn eine direkte Abbildung ist mit heutigen Teleskopen kaum möglich. Dazu überstrahlt der Braune Zwerg mit seiner intensiven Infrarotstrahlung benachbarte Himmelskörper.

Wie ist Ihnen diese Beobachtung dann geglückt?

Sie basiert auf der Radialgeschwindigkeitsmethode. Das ist ein etabliertes Verfahren zum Nachweis von Exoplaneten, bei dem man Geschwindigkeitsveränderungen eines Himmelskörpers betrachtet, wenn ein Trabant an diesem zieht. Normalerweise beobachtet man damit ferne Sterne und versucht, Exoplaneten zu finden. Jetzt haben wir die Methode aber auf einen Exosatelliten angewandt. Wir hatten dazu das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile genutzt. Eines der vier großen Teleskope hat ein besonderes Instrument namens CRIRES+.

Wie haben Sie mit CRIRES+ den Exosatelliten gefunden?

Damit konnten wir das Lichtspektrum, das der Braune Zwerg abgibt, extrem präzise aufnehmen. Dadurch haben wir die periodischen Schwankungen ermittelt, die von der Schwerkraft seines Trabanten herrühren. Ich selbst habe an dem Programmcode gearbeitet, der für diese Analysen notwendig war. Denn im Infrarotbereich stört die irdische Atmosphäre recht stark – selbst in der trockenen Luft der Atacama-Wüste, wo das Very Large Telescope steht. Und Braune Zwerge strahlen deutlich schwächer als Sterne. Deshalb war die Interpretation der Beobachtungen kniffelig. Aber dank der besonderen Konstellation und der Leistungsfähigkeit der Instrumente ist es dennoch ein überzeugender Nachweis eines Exosatelliten.

Was möchten Sie als nächstes untersuchen?

Die Masse des Trabanten können wir noch nicht genau angeben. Er hat mindestens 90 Prozent der Jupitermasse, aber das ist nur die untere Grenze. Vielleicht ist er noch ein ganzes Stück schwerer. Aber wir werden dieses System künftig weiter beobachten und dann noch genauere Angaben über alle Himmelskörper machen können.