Dritter Planet im System von Beta Pictoris entdeckt

Ein Team aus Astro­nom­in­nen und Astro­no­men hat einen drit­ten Pla­ne­ten ent­deckt, der den Stern Beta Pic­to­ris umkreist. Der neue Pla­net, Beta Pic­to­ris d, ist ein­hun­dert­mal licht­schwä­cher als Beta Pic­to­ris b – der ers­te in die­sem Sys­tem ent­deck­te Pla­net – und gehört zu den mas­se­ärms­ten Exo­pla­ne­ten, die jemals von der Erde aus direkt abge­bil­det wer­den konn­ten. Nach­dem das Team den Pla­ne­ten mit­hil­fe des Very Lar­ge Telescope der Euro­päi­schen Süd­stern­war­te (ESO-VLT) auf­ge­spürt hat­te, stell­te sich her­aus, dass er sich über ein Jahr­zehnt lang in Archiv­da­ten ver­bor­gen hatte.

„Dies war eine Zufalls­ent­de­ckung“, sagt Ben Sut­lieff, Co-Lei­ter der heu­te in den The Astro­phy­si­cal Jour­nal Let­ters ver­öf­fent­lich­ten Stu­die und Astro­nom an der Uni­ver­si­tät Edin­burgh (Groß­bri­tan­ni­en). „Eigent­lich woll­ten wir einen bereits bekann­ten Pla­ne­ten in dem Sys­tem, Beta Pic­to­ris b, genau­er unter­su­chen, um des­sen zeit­li­che Ver­än­de­rung zu unter­su­chen“, fügt er hin­zu. Als das Team jedoch mit der Ana­ly­se der Bil­der des Sys­tems begann, bemerk­te es abseits von Beta Pic­to­ris b ein wei­te­res Signal, das die For­schung in eine völ­lig neue Rich­tung lenkte.

„Da ist noch etwas, hast du das gese­hen?‘“, erin­nert sich Mar­kus Bon­se, ESO-Astro­nom in Deutsch­land und der ande­re Co-Lei­ter der Stu­die, an sei­ne Wor­te beim Blick auf die Daten. Um abzu­si­chern, wor­um es sich bei dem nach­ge­wie­se­nen Objekt genau han­delt, durch­such­te das Team das ESO-Archiv, einen Kata­log frü­he­rer Beob­ach­tun­gen mit ESO-Tele­sko­pen. Sie fan­den den neu­en Pla­ne­ten Beta Pic­to­ris d auf meh­re­ren Auf­nah­men, die bis zu elf Jah­re zurück­rei­chen – dar­un­ter eine, auf der er sich nur müh­sam gegen das blen­den­de Licht sei­nes grö­ße­ren Nach­barn Beta Pic­to­ris b durch­set­zen konn­te. „Pla­net d hat mit uns offen­bar über ein Jahr­zehnt lang Ver­ste­cken gespielt, und erst jetzt kön­nen wir sagen: ‚Hab dich!‘“, sagt Jay­ne Birk­by, Co-Autorin der Stu­die und Astro­no­min an der Uni­ver­si­tät Oxford (Groß­bri­tan­ni­en).

Der neu ent­deck­te Pla­net ist, wie die bei­den ande­ren im Sys­tem, ein Gas­rie­se, ähn­lich wie Jupi­ter oder Saturn. Aller­dings hat Beta Pic­to­ris d eine weit­aus grö­ße­re Umlauf­bahn als die Pla­ne­ten Beta Pic­to­ris b und Beta Pic­to­ris c. Wäh­rend die bei­den ers­ten Pla­ne­ten jeweils etwa die zehn­fa­che Mas­se des Jupi­ters auf­wei­sen, besitzt der neue Him­mels­kör­per nur die 2,4‑fache Jupi­ter­mas­se. Damit ist er einer der mas­se­ärms­ten Pla­ne­ten, die je von der Erde aus direkt abge­bil­det wer­den konn­ten. Der Pla­net ist zudem ver­gleichs­wei­se kalt und leuch­tet daher im Ver­gleich zu sei­nem Zen­tral­stern extrem schwach.

Die direk­te Abbil­dung, bei der das Licht eines Objekts wie auf einer Foto­gra­fie ein­ge­fan­gen wird, funk­tio­niert nur bei Pla­ne­ten, die hell genug sind, um sich neben ihren weit­aus hel­le­ren Zen­tral­ster­nen abzu­he­ben. Ein direk­tes Bild eines so licht­schwa­chen Pla­ne­ten wie Beta Pic­to­ris d auf­zu­neh­men, ist daher ein bedeu­ten­der Erfolg. „Der neue Pla­net ist ein­hun­dert­mal licht­schwä­cher als Beta Pic­to­ris b, der berühm­te Pla­net im sel­ben Sys­tem. Das macht ihn zum licht­schwächs­ten Exo­pla­ne­ten, der jemals direkt von der Erde aus foto­gra­fiert wur­de“, erklärt Bon­se [1].

Die­se ers­te ein­deu­ti­ge Detek­ti­on von Beta Pic­to­ris d, der 63 Licht­jah­re von uns ent­fernt ist, gelang Sut­lieff, Bon­se und ihrem Team mit­hil­fe des ERIS-Instru­ments am VLT. Ein unab­hän­gi­ges Team unter der Lei­tung von Aidan Gibbs an der Uni­ver­si­ty of Cali­for­nia (USA) ent­deck­te den­sel­ben Pla­ne­ten eben­falls mit­hil­fe des James-Webb-Welt­raum­te­le­skops (JWST), einer Gemein­schafts­ein­rich­tung der US-ame­ri­ka­ni­schen, euro­päi­schen und kana­di­schen Welt­raum­be­hör­den. Ihre Ergeb­nis­se wur­den heu­te eben­falls in den The Astro­phy­si­cal Jour­nal Let­ters veröffentlicht.

Um die Ent­de­ckung eines Pla­ne­ten abzu­si­chern, müs­sen Astro­nom­in­nen und Astro­no­men nor­ma­ler­wei­se Nach­fol­ge­be­ob­ach­tun­gen durch­füh­ren. Die­ses Sys­tem war jedoch bereits inten­siv unter­sucht wor­den, sodass in den Wis­sen­schafts­ar­chi­ven von ESO und JWST zahl­rei­che Auf­nah­men vor­la­gen. „Zu unse­rer Freu­de tauch­te er plötz­lich in frü­he­ren SPHERE-Beob­ach­tun­gen auf“, sagt Birk­by und bezieht sich dabei auf ein ande­res VLT-Instru­ment, das zuvor zur Unter­su­chung des Beta-Pic­to­ris-Sys­tems ein­ge­setzt wor­den war. Der Pla­net wur­de auch in Archiv­da­ten von NIR­Cam, einem JWST-Instru­ment, auf­ge­spürt. Da das Team nun wuss­te, wo es nach dem poten­zi­el­len neu­en Pla­ne­ten suchen muss­te, „stell­te sich her­aus, dass er sich die gan­ze Zeit in den Daten ver­steckt hat­te!“, so Birk­by. Co-Autor Valen­tin Chris­tiaens, For­scher am CEA Paris-Saclay (Frank­reich), fügt hin­zu: „Die Nach­wei­se in den SPHE­RE-Archiv­da­ten sind nicht nur an sich hoch­gra­dig span­nend, sie zei­gen vor allem auch, dass in den Archi­ven der VLT-Instru­men­te noch etli­che Schät­ze ver­bor­gen lie­gen!“

Beta Pic­to­ris ist nach HR 8799 erst das zwei­te Sys­tem, in dem mehr als zwei Pla­ne­ten direkt abge­bil­det wer­den konn­ten. „Sys­te­me mit meh­re­ren direkt abge­bil­de­ten Exo­pla­ne­ten gel­ten als die Krö­nung sol­cher Ent­de­ckun­gen. Sie ver­ra­ten uns viel dar­über, wie sich unter­schied­li­che Exo­pla­ne­ten in ein und der­sel­ben Ent­ste­hungs­um­ge­bung ent­wi­ckeln“, sagt Sut­lieff [2]. Beta Pic­to­ris d löst zudem ein Rät­sel in sei­nem Pla­ne­ten­sys­tem, da er genau die rich­ti­ge Mas­se und Posi­ti­on besitzt, um die auf­fäl­li­ge Form der umge­ben­den Trüm­mer­schei­be zu erklä­ren, die aus den Über­res­ten der Pla­ne­ten­ent­ste­hung besteht.

Die Ent­de­ckung von Beta Pic­to­ris d auf die­sem Weg macht Mut für wei­te­re direk­te Abbil­dun­gen von Pla­ne­ten­sys­te­men, in denen sich licht­schwa­che Pla­ne­ten unbe­merkt vor aller Augen ver­bor­gen haben könn­ten – unter ande­rem mit dem zukünf­ti­gen Extre­me­ly Lar­ge Telescope (ELT) der ESO. „Pla­ne­ten schei­nen in Gesell­schaft auf­zu­tre­ten“, sagt Beth Bil­ler, eben­falls Co-Autorin der Arbeit und Astro­no­min an der Uni­ver­si­tät Edin­burgh. „Vie­le der bekann­ten Sys­te­me mit direkt abge­bil­de­ten Exo­pla­ne­ten beher­ber­gen meh­re­re Rie­sen­pla­ne­ten. Wahr­schein­lich ver­ber­gen sich in die­sen Sys­te­men noch wei­te­re Pla­ne­ten mit gerin­ge­rer Mas­se, die mit den Instru­men­ten des ELT sicht­bar gemacht wer­den könn­ten.“

MN

Endnoten

[1] Berück­sich­tigt man die Ent­fer­nung des Sys­tems, ist Beta Pic­to­ris d der licht­schwächs­te jemals von der Erde aus direkt abge­bil­de­te Exo­pla­net. Das bedeu­tet, dass er die gerings­te abso­lu­te Hel­lig­keit besitzt (was aus­schließ­lich auf sei­ne Grö­ße und Tem­pe­ra­tur zurück­zu­füh­ren ist) und nicht die gerings­te schein­ba­re Hel­lig­keit (bei der auch die Ent­fer­nung zur Hel­lig­keits­ab­nah­me beiträgt).

[2] Beta Pic­to­ris gehört zu einer Grup­pe von Ster­nen glei­chen Alters, die gemein­sam ent­stan­den sind und von denen eini­ge eben­falls Pla­ne­ten besit­zen. Beta Pic­to­ris d scheint fast ein Zwil­ling eines die­ser Pla­ne­ten, 51 Eridani b, zu sein. Dies ermög­licht es Astro­no­men, bei­de Objek­te als Refe­renz­punk­te zu nut­zen, um ihre Model­le zur Ent­ste­hung und zeit­li­chen Ent­wick­lung von Pla­ne­ten abzusichern.

Hintergrundinformationen

Die­se For­schungs­ar­bei­ten wer­den in einem Fach­ar­ti­kel in den The Astro­phy­si­cal Jour­nal Let­ters erschei­nen (https://doi.org/10.3847/2041–8213/ae80a0).

An der Publi­ka­ti­on unter der gemein­sa­men Lei­tung von B. J. Sut­lieff und M. J. Bon­se sind mehr als 90 Autorin­nen und Autoren aus aller Welt betei­ligt, dar­un­ter aus Bel­gi­en, Frank­reich, Deutsch­land, Irland, Ita­li­en, den Nie­der­lan­den, der Schweiz, Groß­bri­tan­ni­en und Chile.

Links

• For­schungs­ar­ti­kel
• Fotos vom VLT

Link zur Pres­se­mit­tei­lung der ESO