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Kleiner Stern mit großem Trabant

flugundzeit
(c) DLR

Der Große und damit Bedeutende wird von vielen unbedeuteren, kleine Vasallen umkreist. Ist doch immer so. Oder?

Zumindest in der Physik und damit der Astronomie gab es bisher davon keine Ausnahme. Die Sonne besteht aus 99,86 Prozent der gesamten Masse des Sonnensystems und hat einen Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometern, dem 109-fachen der Erde. In unserem Sonnensystem sind mehr als 99 Prozent aller Masse in der Sonne vereint und nicht einmal ein Prozent in den acht Planeten, den Kometen und Asteroiden. Im Vergleich zur Sonne ist die Erde nur ein mittlerer Sonnenfleck darauf.

NGTS steht für Next Generation Transit Survey, dem Instrument, das den Planeten fand und aus einem kompakten Ensemble von Teleskopen besteht. Es ist Teil des European Southern Observatory’s Paranal Observatory in Northern Chile und durchsucht in der rauen Umgebung der Atacama-Wüste den Himmel nach fremden Welten. Gleich die erste, die sie gefunden hat, fordert unser Wissen darüber heraus, wo und wie wie sich Planeten bilden.

Nun wurde in Chile ein riesiger Exo-Planet entdeckt, der um einen Zwergstern, einen sogenannten M-Zwerg kreist. NGTS-1b ist ein Gasriese von der Größe Jupiters und zieht seine Bahnen um einen kleinen Stern mit einem Radius und einer Masse – halb so groß wie unsere Sonne.

Der Stern NGTS-1 mit dem neu entdeckten Planeten NGTS-1b liegt rund 600 Lichtjahre von uns entfernt am Südhimmel im Sternbild Taube. Das gefundene System passt nicht in die Theorie der Planetenbildung, wie wir sie kennen: Ein Planet dieser Größe kann nicht von solch einem kleinen Stern gebildet werden.

Nach der gültigen Theorie können kleine Sterne zwar durchaus Gesteinsplaneten erzeugen, aber sie haben nicht genug Material, damit sich Jupiter-große Gasriesen bilden. Die gängige Theorie besagt, dass bei der Entstehung eines Sterns nur ein gewisser Prozentsatz an Masse für die dazugehörigen Planeten zur Verfügung steht. Aber der Planet NGTS-1b ist mindestens so groß wie Jupiter in unserem Sonnensystem, mit rund 20% weniger Masse. Die Temperatur beträgt ungefähr 530 ° C. Er ist seinem Stern sehr nahe – nur rund drei Prozent der Entfernung zwischen Erde und Sonne – und umkreist den Stern alle 2,6 Tage: Ein Jahr auf NGTS-1b dauert also zweieinhalb Erd-Tage.

So wurde das M-Zwerg-System auch entdeckt: Die Forscher überwachten über mehrere Monate die Flecken des Nachthimmels und dabei sahen sie mit innovativen rotempfindlichen Kameras das rote Sternenlicht. Alle 2,6 Tage stellten sie dabei eine Abschwächung fest, was darauf hindeutet, dass ihn ein Planet umkreist und periodisch das Licht des Sterns blockiert.

Mithilfe dieser Daten verfolgten die Forscher dann die Umlaufbahn des Planeten um seinen Stern und berechneten Größe, Position und Masse von NGTS-1b, indem sie die radiale Geschwindigkeit des Sterns ausmaßen, um herauszufinden, wie stark der Stern während der Umlaufbahn aufgrund der Gravitation „wobbelt„. Diese Veränderung ist abhängig von der Größe des Planeten und lässt daher Rückschlüsse auf diese zu.

Rote M-Zwerge wie der nun gefundene stellen die häufigste Art von Stern im Universum dar. Da liegt der Gedanke nahe, dass es mehr von diesen Planeten geben könnte, die nur darauf warten, von den NGTS-Forschern gefunden zu werden.

Beim Next-Generation Transit Survey forschen internationale Wissenschaftler aus vielen Teilen der Erde gemeinsam – darunter die Universitäten von Warwick, Cambridge und Leicester, der Queen’s University Belfast, zusammen mit dem Observatorium in Genf, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der Universidad de Chile. Das NGTS liegt am Paranal-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (European Southern Observatory, ESO) in etwa 4000 Meter Höhe in der Atacamawüste im Norden Chiles. Die Luft ist dort extrem trocken und bietet an mehr als 350 Tagen im Jahr beste Beobachtungsbedingungen.

Die Anlage ist auf großflächige Beobachtungen angelegt und besteht aus zwölf vergleichsweise kleinen Einzelteleskopen, von denen jedes einen Durchmesser von 20 Zentimetern hat. Die Suche nach extrasolaren Planeten, oder Exoplaneten, in den Tiefen des Alls erfolgt mit der Transitmethode. Dabei wird das Licht der Sterne mit hochempfindlichen digitalen Sensoren aufgenommen und mit aufwändigen Analysemethoden nach winzigen Dips durchforstet. Dips sind Abschwächungen in der Helligkeit eines Sterns von einem Zehntel bis zu einem Hundertstel Prozent, die durch einen vorbeiziehenden Planeten hervorgerufen werden. NGTS sucht diese Transits der Exoplaneten vollkommen automatisch. Dabei wird kontinuierlich die Helligkeit von mehreren hunderttausend vergleichsweise hellen Sternen mit einer Genauigkeit von einer tausendstel Magnitude am Südhimmel vermessen.

Der erste Fund des NGTS wurde am 31. Oktober 2017 unter: NGTS-1b: a hot Jupiter transiting an M-dwarf in der Fachzeitschrift MNRAS (Monthly Notices on the Royal Astronomical Society) veröffentlicht.