Bis 1983 blieb die Suche nach extrasolaren Planeten komplett erfolglos – das war das Thema des ersten Teils der Serie über Exoplaneten. Im Jahr 1983 fand man zwar immer noch keinen Planeten. Aber immerhin zum ersten Mal etwas, was einen anderen Stern umkreiste und selbst kein Stern war!
Alles begann mit dem IRAS-Satellit. Der sollte Infrarotstrahlung beobachten. Die ist mit dem Auge nicht sichtbar (wir spüren sie aber als Wärme), aber trotzdem im Licht der Sterne vorhanden. Sterne strahlen im kompletten elektromagnetischen Spektrum: Von Gammastrahlung und Röntgenstrahlung über UV- und das sichtbare Licht bis hin zu Infrarotstrahlung, Mikrowellenstrahlung und Radiowellen. Allerdings kann nicht jede Strahlung die Erdatmosphäre durchdringen. Infrarotlicht wird weitestgehend abgeblockt und deswegen braucht man Teleskope im All, die es beobachten. So ein Teleskop sollte der Satellit IRAS sein.
Will man Messungen vergleichen, braucht man einen Ausgangspunkt. In der Astronomie sind das die sogenannten Eichsterne. Also Standardsterne, die mit den neuen Messungen anderer Sterne verglichen werden können. Ein klassischer Eichstern ist Wega, denn der Stern ist hell und gut sichtbar am Himmel. Also entschied man sich, auch bei den IRAS-Messungen Wega als Eichstern zu benutzen und machte sich daran ihn genau unter die Lupe zu nehmen. Zur Überraschung aller war Wega alles andere als “Standard”. Wega war außergewöhnlich… So sahen die Messdaten aus:
Energieverteilung von Wega (Bild: Aumann 1984)
Man sieht hier die Energieverteilung des Sterns. Die x-Achse zeigt die Wellenlänge an und die y-Achse die Intensität des Lichts bei der jeweiligen Wellenlänge. Man weiß eigentlich ziemlich gut, wie so eine Kurve aussehen sollte. Ein Stern verhält sich wie ein sogenannter “schwarzer Körper” (mit schwarzen Löchern hat das nichts zu tun). So bezeichnet man (theoretische) Objekte, die alles Licht absorbieren, was auf sie trifft. Jede Strahlung muss also von ihnen selbst stammen und die Energieverteilung dieser Strahlung hängt nur von der Temperatur des schwarzen Körpers ab. Wie die Energieverteilung aussieht, hatte Max Planck im Jahr 1901 berechnet (und dabei die Grundlagen der Quantenmechanik geschaffen, aber das ist eine andere Geschichte). Wie die Energieverteilung bei Wega aussehen sollte, zeigt die gestrichelte Linie im Diagramm. Die Messwerte liegen aber offensichtlich woanders. Im Infrarotbereich sind sie viel zu hoch – man nennt das einen Infrarotexzess. Irgendwas erzeugt hier mehr Infrarotstrahlung als da sein dürfte.
Berechnungen zeigten, dass die “falschen” Messwerte gut zu etwas passen würden, das ungefähr -180 Grad Celsius kalt ist (die durchgezogene Linie im Diagramm). Das entspricht ziemlich gut der Temperatur, die man von einem nicht allzu großen Felsbrocken erwarten würde, der ungefähr 80 mal weiter von Wega entfernt ist als die Erde von der Sonne. Es musste ein kleiner Brocken sein; klein genug, um in ihrem Inneren keine eigene Wärme zu erzeugen, so wie zum Beispiel die großen Planeten in unserem Sonnensystem. Es musste ein kleiner Asteroid sein. Es konnte aber kein Asteroid sein, den ein kleiner Asteroid könnte unmöglich so ein starkes Signal erzeugen. Es konnte sich nur um eine ganze Ansammlung von kleinen Felsbrocken handeln. Man hatte eine Staubscheibe entdeckt, die Wega umgibt! Dieser Staub wird vom Stern aufgeheizt und gibt die Energie dann als Infrarotstrahlung wieder ab: So entsteht der Infrarotexzess.
So etwas kam nicht ganz unerwartet. Man wusste, dass Sterne aus großen Staubwolken entstehen und am Ende eine Scheibe übrig bleibt, die den jungen Stern umgibt. Aber bei Wega konnte es sich nicht um normalen Staub handeln. Der Stern heizt den Staub auf und der Staub gibt die Energie als Wärme wieder ab. Wie genau das passiert, lässt sich berechnen – es hängt von der Art, Form und Zusammensetzung des Staubs ab. Bei Wega musste es sich um große Staubkörner halten. Größer als sie in einer Scheibe sind, die nach der Entstehung eines Sterns übrig bleibt. Der Staub um Wega war gewachsen und das war enorm beeindruckend!
Denn genau so entstehen Planeten! Alles fängt mit Staub an. Die Staubteilchen kollidieren miteinander und wachsen. Sie werden größer, werden Asteroiden und schließlich Planeten. Bis jetzt kannte man nur das Sonnensystem. Die Daten von Wega zeigten, dass auch anderswo Zeug um Sterne kreiste und das auch anderswo die Prozesse abliefen, die Planeten entstehen lassen. IRAS machte sich sofort auf die Suche nach anderen Sternen, die ebenfalls einen Infrarotexzesse zeigten. Man wurde bei Fomalhaut, Epsilon Eridani und Beta Pictoris fündig. Dann war das Kühlmittel von IRAS zu Ende und der Satellit stellte die Arbeit ein.
Bei allen 4 Sternen handelte es sich um Sterne vom A-Typ. Diese Sterne sind besonders heiß (viel heißer als die Sonne, die ein G-Typ ist) und heizen den Staub daher besonders stark auf. Kein Wunder also, dass man vor allem hier Glück bei der Suche hatte. Es kam aber noch besser. 1984 beobachteten zwei Astronomen den Stern Beta Pictors. Diesmal von der Erde aus, im ganz normalen Licht, das auch unsere Augen sehen können. Und sie sahen etwas! Sie konnten die Staubscheibe um Beta Pictoris tatsächlich fotografieren. Zum ersten Mal konnte man etwas, das einen anderen Stern umkreist (und selbst kein Stern ist) tatsächlich sehen. Ok, das Bild ist aus heutiger Sicht nicht sonderlich beeindruckend. Aber es ist historisch. Und wichtig:
Beta Pictors (Bild: Smith & Terrile, 1984)
Dort wo Staub ist, muss es auch Planeten geben. Beta Pictoris ist vergleichsweise alt. Alt genug, damit aus der ursprünglichen Staubscheibe Planeten und Asteroiden entstehen können. Alt genug, damit die Strahlung des Sterns den ganzen ursprünglichen Staub weggepustet hätte, wenn er noch da gewesen wäre. Wenn da nun also noch Staub ist, dann muss er anderswo herkommen. Er kann eigentlich nur von Asteroiden kommen, die ab und zu miteinander kollidieren und dabei jede Menge Bruchstücke erzeugen. Und wo Asteroiden sind, müssen auch Planeten sein.
Das zeigen auch weitere Beobachtungen, die bei Beta Pictoris gemacht wurden. In den folgenden Jahren machte man immer bessere Aufnahmen. Solche hier zum Beispiel:
Man sah in den neuen Bildern immer mehr Details. Die Staubscheibe war irgendwie verbogen. Es gab Klumpen in der Scheibe. Irgendwas musste die Verteilung der Asteroiden beeinflussen. Und dieses “irgendwas” konnten nur Planeten sein. Ich habe damals selbst auf diesem Gebiet gearbeitet und probiert zu berechnen, welche Planeten die beobachteten Störungen verursachen können. Und netterweise hat man später dort tatsächlich einen Planeten gefunden. Das war aber erst 2008. Ende der 1980er Jahre hatte man zwar jede Menge Staub gefunden, aber noch keinen einzigen Planeten. Die sollten aber nicht mehr lange auf sich warten lassen. Obwohl niemand mit dem gerechnet hätte, was man ein paar Jahre später fand… Aber dazu mehr im nächsten Teil.
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