Das Planetensystem 55 Cnc (rho1 Cancri) [1], eines der wenigen bei dem bislang mehrere Planeten nachgewiesen wurden, ist bereits seit 1996 bekannt. Auf einer Pressekonferenz am 06.11.2007 (
vgl. planeten.ch) gaben Astronomen um Debra A. Fischer, Geoffrey W. Marcy und R. Paul Butler den Nachweis eines fünften Planeten bei 55 Cnc bekannt. Der neue Planet 55 Cnc f umkreist seinen Heimatstern in ca. 260 Tagen in einem Abstand von 0.78 Astronomischen Einheiten. Mit einer Mindestmasse von ca. 0.144 Jupitermassen ist der neue Planet ca. 46 mal schwerer als die Erde und etwa halb so schwer wie Saturn. Der Exoplanet gehört wie die bereits bekannten Begleiter von 55 Cnc zur Klasse der Gasriesen. Nach ersten Berechnungen verläuft seine Bahn innerhalb der sogenannten Habitablen Zone und inspiriert dadurch zu Gedanken über die Umweltbedingungen auf einem hinreichend grossen, hypothetischen Mond des Planeten. Ein solcher Mond müsste mindestens die Größe des Mars besitzen, um flüssiges Wasser an der Oberfläche halten zu können und lässt sich mit heutigen Mitteln nicht identifizieren.
Das Sternsystem 55 Cnc ist ein weiter Doppelstern und liegt ca. 12.5 Parsec bzw. 41 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Krebs (RA: 08 52 36, Dec: +28 19 53). Der dominierende Stern 55 Cnc A ist ein sonnenähnlicher Zwergstern vom Typ K0 oder G8V und wird von 55 Cnc B, einem leuchtschwachen Roten Zwerg vom Typ M3II-III in einem Abstand von ca. 1000 Astronomischen Einheiten begleitet. Mit einer visuellen Helligkeit 6. Grössenklasse (5.96 mag) liegt 55 Cnc A auf der Grenze der Sichtbarkeit mit dem blossen Auge. Der Begleitstern 55 Cnc B ist mit seiner visuellen Helligkeit 13. Größenklasse nur im Fernrohr sichtbar und in einem Abstand von 1.4 Bogenminuten zu beobachten.
Der neue Planet wurde jetzt erkannt, nachdem das Team seit 1989 kontinuierlich Daten gesammelt hat und seine Modelle immer weiter verfeinern konnte. Das im Vier-Planeten-Modell für 55 Cnc übrig gebliebene Restrauschen konnte in den letzten Jahren durch die präzisen Spektren des 'Hamilton Optical Echelle Spectrometer' am Lick Observatory und des 'HIRES Spectrometer' am Keck Observatory aufgelöst werden. In die Bestimmung des fünften Planeten gingen 115 Messungen am Lick und 70 Messungen am Keck ein, die nach der Veröffentlichung der planetaren Begleiter c und d gewonnen wurden. Das Marcy-Team verfügte zum Zeitpunkt der Pressekonferenz insgesamt über 636 Einzelmessungen der Radialgeschwindigkeit von 55 Cnc A, die sie mit aufwendigen Tests auf den lange vermuteten zusätzlichen Planeten analysierten. Und selbst im Fünf-Planeten-Modell bleibt noch ein Rauschen übrig, das angesichts der geringen Aktivität des Zentralsterns Raum für weitere Planeten mit geringen Massen übrig lässt, die in der Lücke zwischen den neu entdeckten Planeten 55 Cnc f und dem das System dominierenden Gasgiganten 55 Cnc d ihre Bahn ziehen könnten.
Heute, nach 18 Jahren der Datensammlung, gleicht das Ergebnis einer harmonischen extrasolaren Tonleiter: e - b - c - f - d, wenn man die bisher bekannten Planeten des Systems nach ihrer Entfernung zum Stern sortiert. Der Wohlklang des Systems wird nach der aktualisierten Parametrisierung der Bahnelemente dieses extrasolaren Planetensystems zusätzlich verstärkt, da durch das Fünf-Planeten-Modell die Exzentrizitäten der bereits bekannten Planeten nochmals drastisch reduziert werden konnten (geordnet nach Orbitdistanz) [2]:
Planet e e
[<06.11.] [06.11.]
------------------------------------------------------------
e 0.174 0.07
b 0.0197 0.014
c 0.44 0.086
f - 0.2 (fixed, könnte auch 0.0 sein)
d 0.327 0.025
------------------------------------------------------------
Diese Anpassungen der Bahnelemente kam zustande, als man den neuen Planeten in den Modellen berücksichtigte - zuvor hatte der nicht berücksichtigte Planet die Daten quasi "kontaminiert". Die neuen Bahnelemente zeigen, dass unabhängig von der Masseverteilung auch ein mit Planeten "aufgefülltes" System zu einer Stabilität finden kann, die durch minimale gegenseitige Schwerkraftstörungen charakterisiert ist.
Das amerikanische Team hat in seiner Arbeit zu 55 Cnc f auch untersucht, ob die unterschiedlichen theoretischen Konzepte zur Planetenbildung auf das System von 55 Cnc anwendbar sind [3]. Ihr Fazit: angesichts der Massenverteilung und des Gesamtdrehimpulses im System war die protoplanetare Scheibe nicht dicht genug, um die massiven Planeten von 55 Cnc nach dem Modell der lokalen "Gravitationsinstabilität" entstehen zu lassen (nach diesem Modell werden Planeten direkt aus einem in sich zusammenstürzenden Wolkenfragment gebildet). Nach Ansicht der Autoren ist zur Beschreibung der Entstehungsgeschichte des Planetensystems daher das konkurrierende "Kern-Akkretion"-Modell klar im Vorteil (nach diesem wachsen erst langsam die Planetenkerne, bis der Planet eine Masse erreicht hat, bei der er in kürzester Zeit alles Gas in seinem Teil der Scheibe aufnimmt und so zum Gasriesen wird).
Die Krux an diesem "Kern-Akkretion"-Modell ist, dass die Kerne von Gasriesen nur hinter der "Snow Line" (Schneelinie - die Entfernung zum Stern, ab der Wassereis stabil existieren kann) ausreichend schnell gebildet werden. Bei sonnenähnlichen Sternen ist diese Grenzlinie in einer Distanz jenseits von zwei bis vier Astronomischen Einheiten angesiedelt. Näher am Stern sind die Temperaturen in der protoplanetaren Scheibe zu hoch, um die für das schnelle Kernwachstum notwendige Kondensation von Wassereiskristallen zu ermöglichen.
Das neu beschriebene System setzt nun beide theoretischen Modelle der Planetenbildung unter Druck. Die sternnahen Gasriesen können unter den Voraussetzungen beider Modelle nicht auf ihren gemessenen Bahnen entstanden sein. Es bietet sich daher an, die beobachteten Planetenpositionen so zu erklären, dass die inneren Planeten von 55 Cnc von ihrem Entstehungsort jenseits der Schneelinie ins Innere des Systems gewandert sind - dies birgt aber die Gefahr von gegenseitigen Störungen der Umlaufbahn, was im Extremfall zu extrem exzentrischen Bahnen und dem Herausschleudern einiger Planeten aus dem System führen kann - was bei 55 Cnc aber offensichtlich nicht geschehen ist. Wie das amerikanische Team betont, hätte eine solche stürmische Phase auch zum Herausschleudern der kleineren Planeten führen müssen.
Eine nachträgliche "Zirkularisierung" der Umlaufbahnen (Abnahme der Exzentrizität durch Gezeiteninteraktionen zwischen dem Planeten und dem Stern), wie man sie bei "Hot Jupiters" vermutet, kann in diesem Fall wegen den zu grossen Abständen zumindest für drei der vier inneren Planeten ausgeschlossen werden.
Die Astronomen kommen daher zu dem Schluss, dass die nahezu kreisförmigen Umlaufbahnen der Planeten von Anfang an bestanden haben müssen. Die offene Frage bleibt, ob sie mehr oder weniger im "Formationsflug" an ihre heutigen Positionen gelangt sind (wie man das auch in einigen anderen Systemen vermutet), oder ob der Planetenbildungsprozess bei 55 Cnc noch weitere Unbekannte enthält.
Wie die Entstehungsgeschichte von 55 Cnc letztendlich beschrieben werden kann, bleibt weiterer Forschung vorbehalten. Die Dominanz eines massereichen Gasriesen (55 Cnc d) jenseits der "snow line" und die kreisförmigen Umlaufbahnen der inneren vier Planeten lassen das System von 55 Cnc als vorerst beste Näherung zu unserem eigenen Sonnensystem erscheinen, auch wenn es sich bei den "Inneren Planeten" um Gasriesen handelt.
Alle Daten zu 55 Cnc f im Katalog der Welten
__________________
[1] Obwohl bei hellen Sternen oft die Bayer-Bezeichnung (griechischer Buchstabe + Sternbild) genannt wird, ist rho1 Cancri besser unter der Bezeichnung 55 Cancri (55 Cnc) bekannt.
[2] Quelle:
The Extrasolar Planets Encyclopaedia
[3] Fischer et al. 2007: Five Planets Orbiting 55 Cancri (
preprint)
