Auszug aus dem Nature-Artikel zur Entdeckung von 51 Pegasi b, und eine künstlerische Darstellung eines Hot Jupiters (Quelle: Nature.com / Falad Sulehria)

Der erste Exoplanet

Heute sind es genau zwanzig Jahre her, seit zwei Schweizer Astronomen mit „51 Pegasi b“ den ersten Exoplaneten in einem Artikel in der Zeitschrift Nature angekündigt haben. Nach wiederholten Fehlschlägen bei der Exoplaneten-Suche hatten viele zu diesem Zeitpunkt die Hoffnung bereits aufgegeben. Der Planet 51 Pegasi b war der erste sogenannte „Hot Jupiter“ („heisser Jupiter“) und seine Entdeckung läutete das erste Zeitalter der Exoplantenforschung ein.

Genau genommen stimmt es so zwar nicht: „51 Pegasi b“ war im Jahr 1995 nicht der allererste Exoplanet. Bereits drei Jahre zuvor hatte eine Gruppe von Astronomen um Aleksander Wolszczan die Entdeckung von drei Planeten im Orbit um den Pulsar PSR 1257 12 angekündigt – was das Interesse der Forschergemeinde weckte, aber sonst nicht viel Beachtung fand: vermutlich ist ein Pulsar einfach eine zu exotische Umgebung. Eine andere Gruppe von Wissenschaftlern um Bruce Campbell hatte 1988 die mögliche Entdeckung eines Objekts mit weniger als 9 Jupitermassen um den Stern Gamma Cephei angekündigt, aber die Entdeckung zuerst konnte zunächst nicht bestätigt werden. Ähnlich erging es den Forschern rund um David Latham, die 1988 bereits ein Objekt mit mindestens 10 Jupitermassen im Orbit um den Stern HD 114762 gefunden hatten – da man nicht ausschliessen konnte, dass das Objekt ein Brauner Zwerg war, erregte die Entdeckung kein grosses Aufsehen. Aber 51 Pegasi b – Bellerophon, wie ihn seine Entdecker Michel Mayor und Didier Queloz gerne genannt hätten – war 1995 der erste zweifelsfreie Exoplanet um einen „normalen“ Stern.

Der Planet entsprach allerdings überhaupt nicht den Erwartungen, die von unserem eigenen Sonnensystem inspiriert worden waren: demnach hätte man Gasriesen vor allem in den fernen, kalten Zonen des Planetensystems finden sollen, aber sicher nicht innerhalb von 0.05 AU vom Stern! Zum Vergleich: Merkur ist 0.4 AU von der Sonne entfernt. 51 Pegasi b – der Name des Planeten entspricht dem Namen des Sterns, ergänzt um den Kleinbuchstaben b, wobei der zweite entdeckte Planet in dem System den Kleinbuchstaben c bekäme, und so weiter – braucht gerade mal 4.2 Tage, um seinen Stern zu umkreisen. Seine Oberflächentemperatur wird entsprechend auf gut 1280 Kelvin (über 1000 °C) geschätzt. Wie 51 Pegasi b und die vielen anderen „heissen Jupiter“, die man heute kennt, auf ihre extremen Bahnen gekommen sind, ist bis heute nicht restlos geklärt, aber es ist möglich, dass es mehrere Prozesse gibt, die dazu führen können (dazu ein anderes Mal mehr).

Einen Schönheitsfehler hatte die Entdeckung allerdings: sie war nur dank indirekten Mitteln gelungen, das heisst, der Planet wurde nicht „direkt“ beobachtet. Stattdessen misst man die „Reflexbewegung“ des Sterns. Wenn zwei Objekte sich umkreisen, kreisen sie eigentlich beide um den gemeinsamen Schwerpunkt, wobei die Umlaufbahn um dieses Zentrum umso kleiner ist, je mehr Masse das betreffende Objekt hat: für kleine Objekte wie die Erde bewegt sich die Sonne kaum hin und her (nur ca. 9 cm/s). Für einen grossen Planeten wie 51 Pegasi b (der immerhin mindestens etwa 47% der Masse des Jupiters hat) hingegen ist diese Reflexbewegung ungleich grösser (ca. 59 m/s). Die Bewegung des Sterns um den gemeinsamen Schwerpunkt sieht von der Erde aus so aus, als würde sich der Planet auf die Erde zu- und wieder wegbewegen (dies hängt allerdings auch von der Bahnneigung des Planeten zur Sichtlinie des Beobachters ab – deshalb kann man mit dieser Methode nur eine Minimal-Masse bestimmen).

Eine solche „Radialgeschwindigkeits-Veränderung“ lässt sich dann dank dem sogenannten „Doppler-Effekt“ messen: bei der Annäherung wird das Licht des Sterns blauer (energiereicher), bei seiner Entfernung wird es röter (energieärmer). Feststellen lässt sich diese Veränderung mit Hilfe der Verschiebung der Spektrallinien, also bestimmten Wellenlängen, bei denen die Lichtintensität des Sterns geringer ist, weil bestimmte Stoffe in der Sternatmosphäre diese Wellenlängen absorbieren. Die Messung von Radialgeschwindigkeits-Variationen (kurz die RV-Methode oder manchmal auch Doppler-Methode) war in den ersten 15 Jahren der Exoplanetenforschung (bis 2009) die zuverlässigste und produktivste Entdeckungsmethode überhaupt – vor dem Start des Kepler-Teleskops wurden die meisten Exoplaneten (rund 600) mit dieser Methode entdeckt. Die Entdeckung von 51 Pegasi b war damit nur der Anfang des ersten „Goldenen Zeitalters“ der Suche nach Exoplaneten.

Quellen:  Mayor & Queloz, 1995, Nature | Wolszczan et al., 1992, Nature | Campbell et al., 1988, Astrophysical Journal | Latham et al., 1988, Nature

2 comments

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.