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Originalveröffentlichung

1.
A. Brucalassi, L. Pasquini, R. Saglia, M.T. Ruiz, P. Bonifacio, I. Leão, B.L. Canto Martins, J.R. deMedeiros, L. R. Bedin, K. Biazzo, C. Melo, C. Lovis, and S. Randich
Search for giant planets in M67 III:
excess of hot Jupiters in dense open clusters.

Weitere Informationen

Animation eines "heißen Jupiter" um einen Stern im Sternhaufen Messier 67.

MPE Pressemeldung

Deutlich mehr Riesenplaneten in Sternhaufen als erwartet

17. Juni 2016

Ein internationales Astronomenteam hat herausgefunden, dass es deutlich mehr heiße Jupiterplaneten in einem Sternhaufen namens Messier 67 gibt, als bisher angenommen. Zu diesem überraschenden Ergebnis kamen die Astronomen mit Hilfe langjähriger Beobachtungen mehrerer Teleskope und Instrumente, das zur Entdeckung dreier Riesenplaneten führte. Durch die dichtere Umgebung in einem Sternhaufen finden häufiger Wechselwirkungen zwischen Planeten und nahen Sternen statt, was die ungewöhnlich hohe Zahl an heißen Jupitern erklären würde.

Der offene Sternhaufen M67 in einer Entfernung von ca. 2500 Lichtjahren. Bild vergrößern
Der offene Sternhaufen M67 in einer Entfernung von ca. 2500 Lichtjahren.

Das internationales Team unter der Leitung von Roberto Saglia vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und Luca Pasquini von der ESO, hat mehrere Jahre damit verbracht, Hochpräzisionsmessungen von 88 Sternen in Messier 67 zu sammeln. Dieser offene Sternhaufen hat in etwa dasselbe Alter wie die Sonne und man nimmt an, dass die Sonne in einer ähnlich dichten Umgebung entstanden ist. Mit HARPS am 3,6m-Teleskop der ESO in La Silla sowie dem High Resolution Spectrograph am Hobby-Eberly Telescope in Texas, USA, suchte das Team nach Spuren von Riesenplaneten mit kurzer Umlaufdauer, den sogenannten heißen Jupitern, in der Hoffnung das verräterische Taumeln eines Sterns zu sehen, das durch die Anwesenheit eines massereichen Objekts in einer nahen Umlaufbahn verursacht wird. Drei Sterne im Sternhaufen zeigten genau diese Anzeichen für einen Planet vom Typ „heißer Jupiter“; daneben gibt es bereits Hinweise auf mehrere weitere Planeten.

Darstellung der Radialgeschwindigkeitsmethode: ein kleines Objekt (ein Planet) umkreist ein größeres Objekt (einen Stern). Dadurch verändern sich Position und Geschwindigkeit des größeren Körpers. Das rote Kreuz markiert den gemeinsamen Schwerpunkt. Bild vergrößern
Darstellung der Radialgeschwindigkeitsmethode: ein kleines Objekt (ein Planet) umkreist ein größeres Objekt (einen Stern). Dadurch verändern sich Position und Geschwindigkeit des größeren Körpers. Das rote Kreuz markiert den gemeinsamen Schwerpunkt. [weniger]

Ein heißer Jupiter ist ein sehr großer Exoplanet, der eine Masse von mehr als etwa einem Drittel der Jupitermasse besitzt. Sie sind „heiß“, da sie ihren Mutterstern sehr nah und mit einer kurzen Umlaufdauer umkreisen, ihr „Jahr“ hat typischerweise weniger als zehn Tage. Ein großer Unterschied zu dem Jupiter, den wir aus unserem Sonnensystem kennen: ein Jupiterjahr beträgt etwa 12 Erdjahre und auf Jupiter ist es deutlich kälter als auf der Erde.

“Wir verwenden einen offenen Sternhaufen als Laboratorium, um die Eigenschaften von Exoplaneten und die Theorien zur Planetenentstehung zu untersuchen“, erläutert Roberto Saglia. „Hier haben wir nicht nur viele Sterne, die möglicherweise einen Planeten beherbergen, sondern auch die dichte Umgebung, in der sie sich gebildet haben müssen.“ Der offene Sternhaufen Messier 67 im Sternbild Krebs ist der nächste, alte offene Sternhaufen. Es gab bereits eine Reihe von Beobachtungen um die Sternentwicklung zu untersuchen.

Die jetzige Analyse ergab, dass heiße Jupiter um Sterne in Messier 67 häufiger vorkommen, als es für Sterne außerhalb eines Sternhaufens der Fall ist. „Dies ist wirklich ein verblüffendes Ergebniss“, staunt Anna Brucalassi, die für die Auswertung verantwortlich war. „Die neuen Ergebnisse bedeuten, dass ungefähr 5% der in Messier 67 untersuchten Sterne von einem heißen Jupiter umkreist werden — deutlich mehr als in vergleichbaren Studien von Sternen, die nicht Teil eines Sternhaufens sind. Hier beträgt die Rate eher 1%.“

Künstlerische Dartellung eines heißen Jupiter, dessen Stern am Horizont steht. Bild vergrößern
Künstlerische Dartellung eines heißen Jupiter, dessen Stern am Horizont steht.

Astronomen gehen davon aus, dass es höchst unwahrscheinlich ist, dass diese exotischen Riesen tatsächlich dort entstanden sind, wo wir sie heute finden; die Bedingungen in einer so geringen Entfernung zum Mutterstern wären für die Entstehung von jupiterähnlichen Planeten nicht geeignet gewesen. Man nimmt eher an, dass sie weiter außen entstanden sind, wie es auch bei Jupiter vermutlich der Fall war, und dann mit der Zeit weiter nach innen in Richtung ihres Muttersterns gewandert sind. Die einst kalten, weit entfernten Riesenplaneten sind nun um einiges heißer. Dies wirft die Frage auf nach der Ursache, warum sie nach innen in Richtung des Sterns gewandert sind.

Für diese Frage gibt es eine Reihe möglicher Antworten, doch die Autoren schlussfolgern, dass es sich hierbei um die Auswirkungen naher Begegnungen mit benachbarten Sternen oder sogar mit Planeten in benachbarten Sonnensystemen handelt und dass das unmittelbare Umfeld um ein Sonnensystem einen bedeutenden Einfluss darauf haben kann, wie es sich entwickelt. In einem Sternhaufen wie Messier 67, in dem sich die Sterne untereinander deutlich näher sind als im Durchschnitt, sind solche Begegnungen um einiges häufiger. Dies würde erklären, warum dort mehr heiße Jupiter gefunden wurden. Außerdem sollten in einem derartigen Szenario die heißen Jupiter exzentrische Orbits aufweisen aufgrund der Wechselwirkung mit nahen Sternen – für die drei Planeten, die in Messier 67 gefunden wurden, ist genau das der Fall.

Ko-Autor Luca Pasquini von der ESO, der die Gruppe mit leitet, blickt zurück auf die letzten Jahre, in denen sich in der Erforschung von Planeten in Sternhaufen bemerkenswert viel getan hat: „Noch vor wenigen Jahren war kein einziger heißer Jupiter in einem offenen Sternhaufen bekannt. In nur drei Jahren hat sich das Denkmuster komplett gewandelt — von einem absoluten Fehlen hin zu einem Überschuss solcher Planeten!“

Hinweis:

Das internationale Astronomenteam, das für diese Entdeckung verantwortlich war, umfasst Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, der Universitätssternwarte München und der Europäischen Südsternwarte in Deutschland; dem Astronomie-Department an der Universidad de Chile; der Universidade Federal do Rio Grande do Norte in Brasilien; dem Observatorium von Paris in Frankreich; dem Osservatorio Astronomico di Padova, dem Osservatorio Astronomico di Catania, und dem Osservatorio Astrofisico di Arcetri in Italien; sowie dem Observatorium Genf in der Schweiz.

 
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