Jupiters bleierner Bruder?

CoRoT sucht primär nach massearmen Exoplaneten, erkundet aber auch das Innere von Sternen mit Hilfe astroseismologischer Messmethoden. Bild: CNES/D. Ducros 2005

Weltraumteleskop CoRoT entdeckt jupitergroßes Objekt, das die doppelte Dichte von Blei hat und überhaupt nicht in das gängige Exoplaneten-Raster passt

Bis heute präsentieren sich die lokalisierten extrasolaren Planeten größtenteils als höchst eigenwillige Gebilde, die mit unserem Heimatplaneten nur herzlich wenig gemein haben. Erfahrungsgemäß kommen sie als überdimensionierte heiße Gasriesen daher, deren Größe überwiegend zwischen Neptun und Jupiter changiert, mitunter sogar mehrere Jupitermassen aufweist. Nur wenige entpuppten sich bislang als masseärmer, keiner einziger jedoch als wirklich erdähnlich und lebensfreundlich. Jetzt haben europäische Astronomen mit dem Weltraumobservatorium CoRoT einen jupitergroßen, aber 21,6-mal massereicheren Exoten entdeckt, der für einen Planeten eigentlich viel zu dicht und massereich ist.

Wer eine Sensibilität für die Sterne hat und auch kosmischen Phänomenen wie Schwarzen Löchern, Braunen Zwergen oder Gammastrahlenblitzen nicht gänzlich abgeneigt ist, wird dem planetaren Tanz der Sterntrabanten umso mehr Aufmerksamkeit schenken, ihn mit Faszination verfolgen und diesen vielleicht sogar als das Nonplusultra in der Astronomie ansehen, handelt es sich doch bei derlei Objekten immerhin um die lebendigsten und interessantesten Repräsentanten des Universums. Nicht zuletzt deshalb, da auf vielen von ihnen Lebensformen zuhause sind, die ebenfalls eine Sensibilität für Sonne, Mond und Sterne haben. Und mit Sicherheit auch für Planeten.

Dasselbe gilt zweifelsfrei auch für irdische Astronomen, die sich extrasolaren Planeten verschrieben haben und diese mit großem Enthusiasmus lokalisieren, studieren und katalogisieren. Und mit Erfolg, wie die bisherige Trefferquote eindrucksvoll bestätigt. Schließlich haben sie mit ihren rund um (und über) den Globus verteilten erdgebundenen Observatorien und Weltraumteleskopen bis dato sage und schreibe 312 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aufgespürt, die sich auf 252 verschiedenen Planetensystemen verteilen. Und dies ist beileibe nur die Spitze der Spitze eines riesigen kosmischen Eisberges, der zunehmend an Größe gewinnt. Denn es werden immer mehr. Und angesichts des immer sensibler operierenden Instrumentariums werden sie immer kleiner, masseärmer und damit immer erdähnlicher, manchmal aber auch immer dichter und erdunähnlicher.

CoRoT-Exo-3b im Vergleich zu Jupiter. Bild: Laboratoire d'Astrophysique de Marseille

Wie dies in natura aussehen kann, erlebten unlängst Wissenschaftler des CoRoT-Teams, die mit dem gleichnamigen ESA-Weltraumteleskop, an dem auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wissenschaftlich beteiligt ist, einen höchst exotischen Exoplaneten ausmachten, der so ganz und gar nicht in das gängige Raster passt.

Beide Objekte sind nur 0,052 Astronomische Einheiten (1 AE = ca. 150 Millionen Kilometer) voneinander entfernt. Bild: UFE/Observatoire de Paris

Tatsächlich geriert sich der von der Erde 2000 Lichtjahre entfernte und im Sternbild Adler gelegene Exoplanet mit dem Kürzel CoRoT-Exo-3b ausgesprochen bizarr. Angesichts seiner Charakteristika drängt sich automatisch die Frage auf, ob er den Status eines Planeten überhaupt verdient. Denn obwohl sein Durchmesser dem des größten Planeten unseres Sonnensystems gleicht, ist er 21,6886-mal dichter als Jupiter und somit 7000-mal schwerer als die Erde. Seinen Heimatstern, der 1,4 Sonnenmassen und ein Alter von 1,6 bis 2,8 Milliarden Jahre hat, umrundet er in vier Tagen und sechs Stunden einmal. Die gravitativen Gegebenheiten haben dafür gesorgt, dass beide Himmelskörper fast auf Tuchfühlung gegangen sind. Nur sechs Sternradien, genauer gesagt 0,052 Astronomische Einheiten, trennen beide Objekte voneinander.

Es war eine Überraschung, einen Begleiter dieser Masse so nah bei seinem Mutterstern zu finden. CoRoT-Exo-3b ist ein einzigartiges Objekt, deshalb wird über seine Natur debattiert.

Projektleiterin Magali Deleuil vom Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)

CoRoT-Exo-3b ist so neu nicht. Bereits im August 2007 entdeckte das CoRoT-Team den Exoplaneten, bei dem danach im Rahmen einer 152-tägigen Observation 34 Transits registriert wurden. Bei der Transit-Technik werden die Helligkeitsschwankungen eines Sternes gemessen, die hervorgerufen werden, wenn ein Planet vor ihm entlang zieht. Steht der Sterntrabant zwischen Teleskop und extrasolarer Sonne, wird das Licht, das der Heimatstern aussendet, geringfügig abgeschwächt, aber immer noch stark genug, um den unsichtbaren Planeten indirekt sichtbar zu machen.

Auf dieser „Entdeckungslichtkurve“ zeigt sich die Helligkeitsabnahme des Muttersterns CoRoT-Exo-3 beim Durchgang seines Begleiters CoRoT-Exo-3b als Einsenkung in der Mitte. Links die Phase, bevor Exo-3b vor seinen Stern tritt, rechts danach. Bild: Thüringer Landessternwarte Tautenburg

Dennoch lassen sich selbst massereiche Exoplaneten nicht allesamt mit der Transit-Technik aufspüren. Nur wenn aus der Perspektive des Beobachters der Sterntrabant zwischen Teleskop und extrasolarer Sonne steht und die Planetenbahn nahezu senkrecht zur Himmelsebene liegt, tappen die exoplanetaren Kandidaten in die Transitfalle. Auch wenn diese extrem geringen Schwankungen nur schwer zu berechnen sind, können die Wissenschaftler aus deren Intensität und Dauer auf die Größe und Umlaufbahn des Planeten schließen.

Wenn CoRoT auf Planetenjagd geht, kann der mit einem 27-Zentimeter-Spiegel bestückte 4,20 Meter hohe und 670 Kilogramm schwere ESA-Satellit seine Sensibilität vollends ausspielen und sogar Exoplaneten von der doppelten Masse der Erde noch aufspüren, weil die vier CCD-Detektoren (Spektralbereich von 370 bis 950 nm) von CoRoT sogar eine in 800 Kilometer Entfernung befindliche Mücke, die dort an einer Flutlichtanlage vorbei fliegt, erfassen könnten.

Bild: ESA/Hans Deeg

Dass die CoRoT-Wissenschaftler mit Blick auf die Entdeckung von CoRoT-Exo-3b ein Jahr Stillschweigen wahrten, hatte einen praktischen Grund. Denn um als waschechter Planetenkandidat durchzugehen, muss ein möglicher Transit mindestens dreimal beobachtet werden. Der Faktor „Zeit“ gewinnt auch durch die Umlaufbahn von CoRoT ein besonderes Gewicht, da die Sonde infolge des polaren Erdorbits nur Planeten mit maximal 50 Tagen Umlaufperiode auskundschaften kann. Mit anderen Worten. Um insgesamt drei Ereignisse zu registrieren, also summa summarum drei Transits aufzuzeichnen, müssen die Forscher ein halbes Jahr Zeit investieren.

Die Vorgaben sind beim CoRoT-Forscherteam sehr streng. Registriert der europäische Satellit etwa einen Transit, muss eine zweite Quelle, besser gesagt ein auf dem Prinzip der Radialgeschwindigkeitsmethode arbeitendes Teleskop, den Status des vermeintlichen Planeten bestätigen. Bei dieser Technik richten die Planetenjäger ihre Aufmerksamkeit primär auf die Gravitationskraft des vermuteten Planeten und der daraus resultierenden kleinen Bewegung seines Zentralsterns. Beginnt der observierte Stern zu eiern, lassen sich seine rhythmischen Verschiebungen anhand der Änderung der Radialgeschwindigkeit feststellen.

Das Areal von La Silla. Bild: ESO

Dass CoRoT, den irdischen Gefilden entrückt, dennoch nicht allein ist, belegt die Tatsache, dass an den bodengestützten intensiven Nachfolgeobservationen und Messkampagnen gleich acht Teleskope involviert waren, hierunter das 3,6-Meter-ESO-Observatorium in La Silla (Chile) und das 2-Meter-Fernrohr der Thüringer Landessternwarte in Tautenburg.

Dabei kristallisierte sich heraus, dass CoRoT-Exo-3b aufgrund seiner Masse und Dichte aus dem üblichen Exoplaneten-Schema fällt. Hierzu Prof. Heike Rauer, CoRoT-Projektleiterin beim DLR:

Es war für uns eine absolute Überraschung, ein Objekt dieser Größe und mit dieser Masse zu finden. Die Vermutung liegt nahe, dass die Dichte von Exo-3b doppelt so groß ist wie die von Blei. Diese Entdeckung wird eine Diskussion über die astronomische Einordnung von Exoplaneten auslösen.

Ein Brauner Zwerg ohne Feuer und Leben, so wie ihn sich ein Künstler vorstellt. Bild: NASA

Tatsächlich drängt sich die Frage auf, ob die ungewöhnlichen Eigenschaften von CoRoT-Exo-3b nicht eher auf das Vorhandensein eines Braunen Zwergs hindeuten. Solcherlei Gebilde entstehen, wie dies bei echten Sternen die Regel ist, ebenfalls infolge eines gravitativen Kollapses einer Gaswolke. Doch genug Masse, um in ihrem Innern die Mindesttemperatur von drei Millionen Kelvin zu erreichen, welche das nukleare Feuer entfacht, besitzen diese pseudostellaren Blindgänger bei weitem nicht.

Die Sonne – unser Wärme- und Energiespender. Bild: ESA/NASA/SOHO

Während normale Sterne, auf denen Wasserstoff zu Helium verbrannt wird, ihr Dasein einer solchen Kettenreaktion verdanken, bleibt auf Braunen Zwergen eine Kernfusion aus. Dass es sich bei dem vermeintlich neuen Planeten theoretisch um einen Braunen Zwerg handelt könnte, vermag einer seiner Entdecker, Hans Deeg vom spanischen Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), nicht auszuschließen:

Es könnte sich auch um einen Braunen Zwerg mit einer sehr kleinen Masse handeln, ein 'gescheiterter' Stern sozusagen, der nie die Masse erreicht hat, die nötig ist, um wie ein normaler Stern zu strahlen. Es gibt keinen klaren Konsens unter Wissenschaftlern, wo man die exakte Grenze zwischen Planeten und Braunen Zwergen ziehen soll. Bislang wurde kein Objekt gefunden, das so nah an dieser Grenze liegt.

Während das Gros der Planetenforscher den bleiernen Kandidaten durchaus als Exoplaneten einstuft, andere wiederum noch am hadern sind, bezieht der österreichische Astrophysiker Günther Wuchterl von der Thüringer Landessternwarte Tautenburg in einem Interview mit Telepolis deutlich Position: „Wir haben uns über Monate nicht einigen können, was dieses Objekt genau ist. Abgesehen von der Masse passt es zwar von allen Charakteristika her gut zu einem Exoplaneten, dennoch glaube ich, dass es kein Planet, sondern ein Brauner Zwerg ist. Wir haben hier eher ein verhindertes Doppelsternsystem. Aber viele meiner Kollegen sind da anderer Meinung. Ich habe sogar mit einigen eine Wette laufen."

Der größte im planetaren Bunde des Sonnensystems ist nicht allein. Da draußen existieren noch zahlreiche andere Kollegen Jupiters, die sich in seiner „Gewichtsklasse“ bewegen. CoRoT-Exo-3b dürfte die erste große Ausnahme sein. Bild: ESA

Natürlich könne dies alles, so Francois Bouchy vom Institut d'Astrophysique de Paris (IAP, der ebenfalls Anteil an der Entdeckung von CoRoT-Exo-3b hatte, ein glücklicher Zufallstreffer sein, andererseits könne aber der neue Exoplanet genauso gut das erste Mitglied einer neuen Familie von sehr massereichen Planeten sein, die um Sterne entstehen und massereicher als die Sonne sind. „Es scheint da ein Trend zu bestehen, der langsam klar wird: Je massereicher der Stern, desto massereicher der Planet."

Offensichtlich ist aber nicht nur CoRoT-Exo-3b ein ungewöhnlicher kosmischer Zeitgenosse, sondern auch sein Muttergestirn. Denn im Normalfall hätte kein seriöser Planetenforscher einen solchen stellaren Vagabunden im Blickfeld gehabt. Dafür sei dieser, so Wuchterl, einfach zu massereich. Aber letzten Endes gelte dies für beide Himmelskörper – beide fallen aus dem von den Planeten-Profilern erstellten Fahndungsraster, aber noch mehr eben CoRoT-Exo-3b: „Wenn man vorgehabt hätte, einen solchen massereichen Planeten im Vorfeld gezielt zu finden, hätten alle gesagt: Vergesst es – das ist Geldverschwendung"!

Näheres über die CoRoT-Exo-3b folgt demnächst im Journal „Astronomy and Astrophysics“. Zur Vorab-Version hierzu siehe astro-ph.

Video mit der CoRoT-Projektleiterin Dr. Magali Deleuil über die aktuelle Corot-Entdeckung (in französischer Sprache).

(Harald Zaun)

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