Künstlerische Darstellung der Raumsonde Gaia mit der Milchstraße im Hintergrund.

Extrasolare Welten zwischen mehreren Sonnen

Astrophysiker werten Daten des Weltraumteleskops Gaia aus und finden Hunderte neue Begleitsterne von Exoplaneten-Muttersternen
Künstlerische Darstellung der Raumsonde Gaia mit der Milchstraße im Hintergrund.
Illustration: ESA/ATG medialab; background image: ESO/S. Brunier
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Meldung vom: | Verfasser/in: Ute Schönfelder | Zur Original-Meldung

Die Menschen der Antike kannten fünf Planeten: Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn, die sie für „Wandelgestirne“ hielten. Erst mit der kopernikanischen Wende im 16. Jahrhundert wurde auch die Erde selbst zu einem Planeten, der ebenso wie die bis dahin bekannten und die später entdeckten Vertreter Uranus und Neptun um unseren Planeten-Mutterstern – die Sonne – kreisen. Bis vor rund drei Jahrzehnten waren diese acht die einzigen bekannten Planeten überhaupt.

Seither hat sich die bekannte Planetenfamilie im Universum jedoch enorm erweitert: Nach der Entdeckung der ersten Vertreter außerhalb unseres Sonnensystems, ist die Zahl sogenannter extrasolarer Planeten (oder kurz Exoplaneten) heute bis auf über 5.000 angewachsen. „Während die große Mehrheit von ihnen wie die Planeten in unserem Sonnensystem um Einzelsterne kreisen, sind manche Exoplaneten aber auch Teil eines Mehrfachsternsystems“, sagt Kai-Uwe Michel, Doktorand am Astrophysikalischen Institut der Universität Jena. Er hat gemeinsam mit seinem Kollegen Dr. Markus Mugrauer in einer aktuellen Studie untersucht, wie viele der inzwischen bekannten Planeten-Muttersterne einen oder sogar mehrere Begleitsterne besitzen und welchen Einfluss diese stellare Multiplizität auf die Eigenschaften der Planetensysteme hat. Ihre Ergebnisse stellen die beiden Astrophysiker im Fachmagazin Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vor.

Hunderte Begleitsterne von Planeten-Muttersternen neu entdeckt

Ihre Untersuchungen haben die beiden Forscher mithilfe von Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Gaia der europäischen Weltraumagentur ESA durchgeführt und mehr als 2.200 Planeten-Muttersterne auf mögliche Begleitsterne untersucht. Bei etwa jedem fünften Planeten-Mutterstern wurden sie fündig. Insgesamt konnten sie mehrere Hundert neue Begleitsterne nachweisen. Damit steigt entsprechend auch die Zahl der bekannten Exoplaneten, die in Mehrfachsternsystemen zu finden sind. Dabei wurden Begleitsterne sowohl mit sehr geringen Abständen zu den Planeten-Muttersternen von nur wenigen astronomischen Einheiten (AE) gefunden, als auch weit entfernte Begleiter mit Abständen von bis zu 10.000 AE. Eine AE entspricht einer Strecke von ca. 150 Millionen Kilometer, was in etwa dem mittleren Abstand der Erde zur Sonne entspricht. Auch die Massen der detektierten Begleitsterne sind sehr unterschiedlich und reichen von ca. acht Prozent der Sonnenmasse für die masseärmsten bis zu 2,4 Sonnenmassen für die massereichsten Begleiter.

Neben Sternen wurden zudem auch eine Reihe von sub-stellaren Objekten, sogenannte Braune Zwerge, als Begleiter von Planeten-Muttersternen entdeckt. Die Mehrheit der detektierten Mehrfachsternsysteme mit Exoplaneten sind Doppelsterne. In vier dieser Systeme wurden Exoplaneten sogar um jeden der beiden Sterne dieser Systeme gefunden. Des Weiteren konnten bei einigen Planeten-Muttersternen gleich zwei Begleitsterne detektiert werden, die zusammen mit den Muttersternen hierarchische Dreifachsternsysteme bilden.

Schwergewichte unter den Exoplaneten häufiger in Mehrfachsternsystemen

So verschieden die Eigenschaften der entdeckten Sternsysteme mit Exoplaneten sind, so vielfältig erweisen sich auch die physikalischen und dynamischen Eigenschaften der Planeten in diesen Systemen. So unterscheiden sich etwa die Massen von Einzelstern- und Mehrfachsternplaneten deutlich voneinander. Im Mittel weisen Planeten in Mehrfachsternsystemen eine neun Mal höhere Masse auf als Einzelsternplaneten. Auch die Masse der Muttersterne selbst ist im Mittel höher, wenn diese Mitglieder von Sternsystemen sind. In Mehrfachsternsystemen ist zudem die Masse der Planeten vom gravitativen Störeinfluss des Begleitsterns abhängig. Je stärker dieser ist, desto höher ist im Mittel auch die Planetenmasse. Auch die Häufigkeit der massereicheren Braunen Zwerge in diesen Systemen wächst mit dem gravitativen Störeinfluss des Begleitsterns.

Eine weitere wichtige Eigenschaft von Planeten ist die Exzentrizität ihrer Umlaufbahn“, erläutert Dr. Mugrauer. Diese wirke sich beispielsweise auf den mittleren Strahlungsfluss aus, den ein Planet von seinem Mutterstern empfängt, was unter anderem seine Oberflächentemperatur stark beeinflusst. „Es zeigte sich nun, dass diejenigen Exoplaneten mit den größten Bahn-Exzentrizitäten alle in Mehrfachsternsystemen zu finden sind.“ Zudem erhöht sich die Bahn-Exzentrizität von Planeten in diesen Sternsystemen mit dem gravitativen Störeinfluss des Begleitsterns.

Farbkompositbilder von Sternsystemen mit Exoplaneten, die im Rahmen der durchgeführten Studie entdeckt und deren Eigenschaften charakterisiert werden konnten. Die Bilder zeigen Planetenmuttersterne zusammen mit ihren detektierten stellaren Begleitern (mit Buchstaben markiert). Die Exoplaneten kreisen jeweils sehr eng um ihren Mutterstern, sind hier also nicht abgebildet. Neben Sternsystemen, in denen die Planetenmuttersterne die hellen Primärkomponenten sind und massearme rötlich leuchtende Zwergsterne als Begleiter besitzen (Bild oben links), wurden auch Sternsysteme mit Planeten detektiert, in denen die Muttersterne die masseärmeren und leuchtschwächeren Sekundärkomponenten sind (Bild oben rechts). Des Weiteren wurden in der Studie zahlreiche Dreifachsternsysteme mit Exoplaneten gefunden (Bild unten links). Zudem wurden auch mehrere weit entwickelte Sternsysteme mit Exoplaneten entdeckt (Bild unten rechts), in denen sich bereits ihre ursprünglichen Primärkomponenten zu Weißen Zwergen (WZ) entwickelt haben.
Farbkompositbilder von Sternsystemen mit Exoplaneten, die im Rahmen der durchgeführten Studie entdeckt und deren Eigenschaften charakterisiert werden konnten. Die Bilder zeigen Planetenmuttersterne zusammen mit ihren detektierten stellaren Begleitern (mit Buchstaben markiert). Die Exoplaneten kreisen jeweils sehr eng um ihren Mutterstern, sind hier also nicht abgebildet. Neben Sternsystemen, in denen die Planetenmuttersterne die hellen Primärkomponenten sind und massearme rötlich leuchtende Zwergsterne als Begleiter besitzen (Bild oben links), wurden auch Sternsysteme mit Planeten detektiert, in denen die Muttersterne die masseärmeren und leuchtschwächeren Sekundärkomponenten sind (Bild oben rechts). Des Weiteren wurden in der Studie zahlreiche Dreifachsternsysteme mit Exoplaneten gefunden (Bild unten links). Zudem wurden auch mehrere weit entwickelte Sternsysteme mit Exoplaneten entdeckt (Bild unten rechts), in denen sich bereits ihre ursprünglichen Primärkomponenten zu Weißen Zwergen (WZ) entwickelt haben.
Collage: Markus Mugrauer
Information

Original-Publikation:

Kai-Uwe Michel, Markus Mugrauer, Gaia search for (sub)stellar companions of exoplanet hosts, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 2, January 2024, Pages 3183–3195, https://doi.org/10.1093/mnras/stad3196Externer Link

Kontakt:

Kai-Uwe Michel
Lehrstuhl für Astrophysik/Beobachtung und Terra-Astronomie
Universitätssternwarte
Schillergäßchen 2
07743 Jena
Markus Mugrauer, Dr.
Lehrstuhl für Astrophysik/Beobachtung und Terra-Astronomie
Universitätssternwarte, Raum 105
Schillergäßchen 2
07743 Jena