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Reflektiertes Sternenlicht

Erstellt von: Dr. Rainer Kayser | | Forschung und neue Erkenntnisse

Vor 20 Jahren sorgte 51 Pegasi b für Furore: Er war der erste Planet bei einem normalen Stern, der von Astronomen entdeckt wurde. Nun steht der 50 Lichtjahre entfernte Exoplanet erneut im Rampenlicht. Forscher der Europäischen Südsternwarte ESO testeten an dem Himmelskörper ein neues Verfahren – und konnten damit erstmals das Spektrum des an der Atmosphäre des Planeten reflektierte Sternenlichts beobachten. Die Messungen bestätigen, dass es sich bei 51 Pegasi um einen aufgeblähten heißen Jupiter handelt. Zudem zeige der Test, dass das Verfahren künftig zu einem wichtigen Werkzeug für die Untersuchung von Exoplaneten und ihrer Atmosphären werden kann, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Astronomy & Astrophysics“.

„Der Nachweis ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung, denn er macht es möglich, die Masse des Planeten und die Neigung seiner Umlaufbahn zu bestimmen“, erläutert Jorge Martins von der Universität Porto in Portugal. Die Beobachtungen von Martins und seinen Kollegen mit dem speziellen Spektrographen HARPS am 3,6-Meter-Teleskop der ESO in Chile zeigen, dass 51 Pegasi b etwa die Hälfte der Masse des Planeten Jupiter besitzt, vermutlich aber größer als Jupiter ist – typisch für einen „heißen Jupiter“, einen großen Gasplanten in einer sehr engen Umlaufbahn um seinen Stern. Der Exoplanet umkreist seinen Zentralstern alle 4,2 Tage in einem Zwanzigstel des Abstands Erde-Sonne.

Bislang untersuchen Astronomen die Atmosphären von Exoplaneten vor allem mit der „Transmissions-Spektroskopie“. Zieht ein Planet – von der Erde aus gesehen – vor seinem Stern vorüber, so geht ein Teil des Sternenlichts durch die Atmosphäre des Planeten hindurch. Je nach ihrer chemischen Zusammensetzung absorbiert die Lufthülle dabei einen Teil der Strahlung bei charakteristischen Wellenlängen. Durch die gezielte Beobachtung in diesen Wellenlängen können die Forscher die Bestandteile der Atmosphäre identifizieren. Doch diese Methode funktioniert naturgemäß nur bei Exoplaneten, deren Bahnebene genau in der Sichtlinie des Beobachters liegt.

Der Nachweis eines Reflexionsspektrums ist deshalb ein gewaltiger Fortschritt, denn ein solches Spektrum tritt ganz unabhängig von der Orientierung der Umlaufbahn auf. Das am Planeten reflektierte Licht ist allerdings um ein Vielfaches schwächer als das direkte Sternenlicht und deshalb nur schwer nachzuweisen und zu analysieren. Martin und seinen Kollegen machten sich zunutze, dass es sich bei dem reflektierten Spektrum um eine – schwache – Kopie des Sternenspektrums handelt, geringfügig verschoben durch die Bahnbewegung des Planeten. Mithilfe eines statistischen Verfahrens gelang es den Forschern, diese Kopie aufzuspüren.

Das für die Messungen verwendete 3,6-Meter-Teleskop ist dabei klein gegenüber dem Very Large Telescope VLT und erst recht dem im Bau befindlichen European Extremely Large Telscope E-ELT mit seinem Objektivdurchmesser von 39 Metern. Martins und seine Kollegen sehen für ihre Methode daher ein große Zukunft voraus: „Mit der nächsten Generation von Instrumenten – dem Spektrographen ESPRESSO am VLT und Großteleskopen wie dem E-ELT bietet unser Verfahren neue Möglichkeiten, Einblicke in Exoplaneten und ihre Atmosphären zu erhalten.“

Quelle: www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1517/eso1517a.pdf