Der Stern Upsilon Andromedae (bzw. Ypsilon Andromedae) ist 44 Lichtjahre von der Sonne entfernt; ein wenig größer als unser Heimatstern und auch ein weniger schwerer. Aber so wie unsere Sonne wird Upsilon Andromedae von Planeten umkreist. Schon 1996 entdeckte man den ersten Planeten dort; es war einer der ersten bekannten Exoplaneten überhaupt. 3 Jahre später kam man zu dem Schluß, dass sich dort noch zwei weitere Planeten befinden müssen – Upsilon Andromedae war eines der ersten bekannten Mehrfachplanetensysteme und galt lange Zeit als beste extrasolare Entsprechung zu unserem Sonnensystem. Seit kurzem wissen wir aber, dass dem nicht so ist. Ganz im Gegenteil…

So sieht eines der typischen Diagramme aus, die man zum Ups And System findet:

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Ok – nicht ganz so wie bei uns – aber doch immerhin sehr ähnlich. Die Massen der Planeten wurden mit etwa 0.7 Jupitermassen für den innersten (Ups And b); etwa 2 Jupitermassen für den mittleren (Ups And c) und etwa 4 Jupitermassen für den äußersten Planeten (Ups And d) angegeben. Und da liegt schon gleich das erste Problem.

Wenn es um Exoplaneten geht, dann sind die Massen im Allgemeinen nicht exakt bekannt. Das liegt nicht (nur) an der Ungenauigkeit der Messungen – sondern an der Meßmethode selbst. So wie der Großteil der restlichen Exoplaneten wurden auch die Planeten von Upsilon Andromedae mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Das ist kein direkter Nachweis der Planeten – dafür sind sie normalerweise viel zu leuchtschwach. Man bedient sich stattdessen indirekter Methoden. Denn eigentlich umkreist ja nicht der Planet den Stern sondern beide Objekte umkreisen ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt. Da der Stern aber so viel schwerer ist als ein typischer Planet liegt dieser Schwerpunkt sehr nahe am Stern bzw. oft sogar innerhalb des Sterns selbst: er “wackelt” daher immer ein bisschen hin und her und bewegt sich dabei von aus gesehen in periodischen Abständen ein bisschen auf uns zu und dann wieder ein bisschen von uns weg. Eine bewegte Lichtquelle unterliegt aber dem Doppler-Effekt; d.h. das Licht, das wir vom Stern sehen ist mal ein wenig rotverschoben (wenn er gerade von uns weg wackelt) und dann wieder blauverschoben. Das kann man messen und daraus die Bahn des Planeten berechnen. Allerdings nur in gewissen Grenzen…

Denn wir wissen normalerweise nicht, wie wir auf das System blicken. Schauen wir vielleicht genau von “oben” auf den Stern; also genau auf die Bahnebene des Planeten? Dann werden wir überhaupt kein Wackeln messen weil der Stern sich nur innerhalb dieser Ebene hin und her bewegt aber nicht auf uns zu bzw. von uns weg wackelt. Blicken wir andererseits exakt in die Bahnebene, dann ist der Effekt, den wir messen können maximal. Natürlich hängt die Stärke des Effekts aber auch von der Masse des Planeten ab: je größer der ist, desto stärker wackelt der Stern. Wenn wir messen, sehen wir aber nur den kombinierten Effekt aus Masse des Planeten und dem Blickwinkel auf die Systemebene und es gibt erstmal keine Möglichkeit, die beiden Anteile zu trennen und die echte Masse des Planeten zu bestimmen. Die Massen, die man normalerweise irgendwo findet sind also im Allgemeinen immer Minimalmassen; in Wahrheit können die Planeten aber noch viel schwerer sein – je nachdem wie wir auf das System blicken.

Mit neuen Beobachtungen der Fine Guidance Sensors (FGSs) des Hubble-Weltraumteleskops konnte man nun aber zusätzliche Informationen über das Upsilon Andromedae-System gewinnen. Denn das “Wackeln” von dem bisher die Rede war konnte man nur in den Spektren des Sterns beobachten; in Form der oben beschriebenen Rot- bzw. Blauverschiebung der Spektrallinien. Aber natürlich wackelt der Stern auch tatsächlich – d.h. er ändert seine Position am Himmel. Das messen ist knifflig – aber die Instrumente von Hubble waren genau genug und mit diesen zusätzlichen Daten konnten Barbara McArthur und ihre Kollegen vom McDonalds-Observatorium in Texas die Neigungen der Planetenbahnen und dadurch auch deren genaue Masse bestimmen. Die Ergebnisse sind überraschend…

Hier ist der neue Vergleich zwischen Sonnensystem und Upsilon Andromedae:

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In der obersten Ansicht (“polar view”) sieht alles noch halbwegs normal aus. Die Massen der Planeten sind allerdings nun deutlich gestiegen. Der mittlere Planet hat nun 14 Jupitermassen, der äußer 12 Jupitermassen (und das sind nun die echten Massen; keine Minimalwerte mehr wie vorher). Richtig dramatisch wird es allerdings in der Seitenansicht: hier zeigt sich, dass einer der Planeten eine deutlich geneigte Bahn hat. Ups And d bewegt sich auch einer Bahn die 30 Grad gegenüber der Bahn der anderen Planeten geneigt ist!

Das sieht in unserem Sonnensystem doch deutlich anders an. Ok, Plutos Bahn ist 17 Grad gegenüber den anderen geneigt. Aber Pluto ist kein Planet und selbst wenn er noch einer wäre, dann macht es einen Unterschied, ob ein kleines, asteroidenähnlicher Felsbrocken wie Pluto eine stark geneigte Bahn hat (so wie es bei vielen anderen Asteroiden im Sonnensystem ja auch der Fall ist) – oder ein mehr als zehnmal so schwerer Gasriese wie Jupiter!

Unser aktuelles Bild der Planetenentstehung ist in manchen Details zwar noch nicht komplett – wir sind uns aber trotzdem sicher, dass wir gut verstanden haben, wie Planeten entstehen. Für Objekte wie Ups And d ist in diesen Theorien allerdings kein Platz. Da stellt sich natürlich sofort die Frage, was den Planeten denn dann auf diese sonderbare Bahn gebracht hat, wenn er denn nicht schon von Anfang an so entstanden sein kann? Das weiß man momentan noch nicht – aber es gibt jede Menge plausible Ideen. Vielleicht ist die planetare Migration verantwortlich? Diese Wanderbewegung der Planeten kann im Zusammenspiel mit Resonanzeffekten durchaus solche Bahnen verursachen. Oder der Planet verdankt seine Schieflage einem anderen, nicht mehr vorhandenen Planeten. In einem Planetensystem entstehen oft mehr Planeten als Platz vorhanden ist – aus dynamischer Sicht. In der Frühzeit eines Planetensystems geht es daher oft chaotisch zu und verschiedene Protoplaneten kollidieren miteinander bzw. haben nahe Begegnungen. So etwas hat auch bei uns stattgefunden und wohl auch anderswo. Durch eine nahe Begegnung könnte Ups And d durchaus auf die schiefe Bahn geraten sein. Oder vielleicht hat der Begleitstern des Systems was damit zu tun? Upsilon Andromedae ist nämlich kein Einzelstern sondern bildet mit einem roten Zwerg ein Doppelsystem. Der ist allerdings weit weg – 750 astronomische Einheiten – und sollte eigentlich das innere Planetensysetm von Upsilon Andromedae kaum beeinflussen. Aber auch über die Bahn des roten Zwergs weiß man kaum etwas und solange man hier nicht mehr weiß, kann man seinen Einfluß als Ursache nicht ausschließen.

Was auch immer man hier noch rausfindet – so oder so zeigt sich, dass die extrasolaren Planetensystem spannende Plätze sind und wir aus ihrer Analyse viel lernen können!


Kommentare (10)

  1. #1 Ronny
    25. Mai 2010

    Könnte es nicht auch sein, dass es sich um ein Doppelsternsystem handelt und die beiden kleinen Planeten quasi wie bei uns die Monde des Jupiters wären.
    Die liegen doch auch nicht alle in der Ekliptikebene.

    Vielleicht war das Doppelsternsystem auch mal näher beeinander und einer der Planeten konnte sich nicht so recht entscheiden 🙂

    Es zeigt sich nur mal wieder, dass Wissenschaft umso interessanter wird, je widersprüchlicher die Ausgangslage ist und man dann dennoch eine Erklärung findet die einleuchtend und nachvollziehbar ist.

  2. #2 Jochen
    25. Mai 2010

    Erstaunlich, mit welchen Mitteln man imstande ist zu arbeiten, bzw. zu messen, was uns Normalsterblichen unmöglich messbar erscheint… Es wäre doch einfach schön, man könnte direkt hinfliegen und das Ganze im Zeitraffer herumkreisen sehen (am allerliebsten, wie eine Galaxie sich um ihr Zentrum dreht…)

    ABER: ich glaube mich zu erinnern, gelesen zuhaben, dass Gasplaneten mit nur wenig mehr als Jupitermasse (2x?, 3x?) bereits die kritische Masse zur Zündung der inneren Kernfusion besäßen?…
    Jedenfalls müssten dann 12 und 14 Jupitermassen von daher kleine Sonnen aus diesen Planeten gemacht haben – oder täusche ich mich?

  3. #3 Mithos
    25. Mai 2010

    @Jochen: Laut allwissender Müllhalde gibt es ab 13 Jupitermassen tatsächlich die Möglichkeit für einen Braunen Zwerg. Ich schätze mal, das hängt aber auch von der genauen Zusammensetzung der Masse ab: Wenn viel “Metall” (schwere Elemente), dann eher. Was wiederum heissen könnte, dass die Ups And … sehr alt sein könnten – weil es im jüngeren Universum noch nicht so viel Metall gab. Allerdings widerspricht da wiederum die allwissende Müllhalde – nur 3,3 Mrd. Jahre.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Kernfusion#Stellare_Kernfusion

  4. #4 Bullet
    25. Mai 2010

    Ja. Der Schwellpegel zur Fusionszündung liegt etwa bei 75 Jupitermassen.
    aus Wikiwiki zum Thema “Brauner Zwerg”:

    Die Mindesttemperatur für die Wasserstofffusion wird bei einer unserer Sonne ähnlichen Zusammensetzung bei einer Masse von etwa 0,07 Sonnen- bzw. 75 Jupitermassen (ca. 0,139 × 10^30 kg) erreicht. Ab dieser Mindestmasse aufwärts entsteht ein Stern. Die Massenobergrenze für einen Braunen Zwerg ist jedoch von der Metallizität abhängig und liegt für eine Metallizität von 0, das heißt bei Objekten aus der Anfangsphase des Universums, bei etwa 90 Jupitermassen.

  5. #5 Florian Freistetter
    25. Mai 2010

    Damit hier nicht noch mehr Verwirrung entsteht: Also alles unter 13 Jupitermassen ist mit ziemlicher Sicherheit ein Planet. Ab 13 Jupitermassen kann Deuterium fusioniert werden – allerdings nicht dauerhaft bzw. für kurze Zeiten verglichen mit Sternen. Objekte die sowas machen nennt man braune Zwerge. Echte Sterne fusionieren Wasserstoff und zwar mindestens einige hundert Millionen Jahre lange; meist einige Milliarden Jahre lang. Das passiert ab so etwa 75 bis 80 Jupitermassen.

    Die Objekte bei Ups And sind also wohl Planeten; der größte könnte vielleicht ein brauner Zwerg sein – das kann man aber noch nicht genau sagen.

  6. #6 Martin
    26. Mai 2010

    Nun habt Ihr euch aber verraten !
    Es gibt also doch einen Planet X … er bewegt sich sogar auf derselben Bahn wie die Erde – siehe ‘Oblique view’ unseres Solarsystems 😀

  7. #7 Bullet
    26. Mai 2010

    Hihi, stimmt. Die Venus ist auf die Erdbahn gepappt und die Venusbahn ist leer.

  8. #8 Florian Freistetter
    26. Mai 2010

    Ist mir gar nicht aufgefallen, die verrutschte Venus 😉

  9. #9 Florian Freistetter
    26. Mai 2010

    Sind aber in der Pressemitteilung immer noch so zu sehen: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2010/17/image/b/

  10. #10 Jochen
    26. Mai 2010

    Jaja, die böse NASA, jetzt ist sie endlich der Verheimlichung uns existenziell bedrohender Tatsachen überführt – durch einen kleinen Fehler eines ihrer Grafiker, der vergessen hat, Niribu wieder als Venus zu tarnen… ;-))

    @ all, Danke für die Aufklärung betreffs Planetenmassen und Fusionsstart, auch wenn’s völlig off-topic war. Ist einfach schön, wieder ein bisschen schlauer zu sein.