Ein Team aus Astronominnen und Astronomen hat einen dritten Planeten entdeckt, der den Stern Beta Pictoris umkreist. Der neue Planet, Beta Pictoris d, ist einhundertmal lichtschwächer als Beta Pictoris b – der erste in diesem System entdeckte Planet – und gehört zu den masseärmsten Exoplaneten, die jemals von der Erde aus direkt abgebildet werden konnten.
Nachdem das Team den Planeten mithilfe des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO-VLT) aufgespürt hatte, stellte sich heraus, dass er sich über ein Jahrzehnt lang in Archivdaten verborgen hatte.
Planet Beta Pictoris b, Quelle: EESO/B. Sutlieff, M. Bonse et al.
"Dies war eine Zufallsentdeckung", sagt Ben Sutlieff, Co-Leiter der heute in den The Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Studie und Astronom an der Universität Edinburgh (Großbritannien). "Eigentlich wollten wir einen bereits bekannten Planeten in dem System, Beta Pictoris b, genauer untersuchen, um dessen zeitliche Veränderung zu untersuchen", fügt er hinzu. Als das Team jedoch mit der Analyse der Bilder des Systems begann, bemerkte es abseits von Beta Pictoris b ein weiteres Signal, das die Forschung in eine völlig neue Richtung lenkte.
"Da ist noch etwas, hast du das gesehen?'", erinnert sich Markus Bonse, ESO-Astronom in Deutschland und der andere Co-Leiter der Studie, an seine Worte beim Blick auf die Daten. Um abzusichern, worum es sich bei dem nachgewiesenen Objekt genau handelt, durchsuchte das Team das ESO-Archiv, einen Katalog früherer Beobachtungen mit ESO-Teleskopen. Sie fanden den neuen Planeten Beta Pictoris d auf mehreren Aufnahmen, die bis zu elf Jahre zurückreichen – darunter eine, auf der er sich nur mühsam gegen das blendende Licht seines größeren Nachbarn Beta Pictoris b durchsetzen konnte. "Planet d hat mit uns offenbar über ein Jahrzehnt lang Verstecken gespielt, und erst jetzt können wir sagen: ‚Hab dich!'", sagt Jayne Birkby, Co-Autorin der Studie und Astronomin an der Universität Oxford (Großbritannien).
Der neu entdeckte Planet ist, wie die beiden anderen im System, ein Gasriese, ähnlich wie Jupiter oder Saturn. Allerdings hat Beta Pictoris d eine weitaus größere Umlaufbahn als die Planeten Beta Pictoris b und Beta Pictoris c. Während die beiden ersten Planeten jeweils etwa die zehnfache Masse des Jupiters aufweisen, besitzt der neue Himmelskörper nur die 2,4-fache Jupitermasse. Damit ist er einer der masseärmsten Planeten, die je von der Erde aus direkt abgebildet werden konnten. Der Planet ist zudem vergleichsweise kalt und leuchtet daher im Vergleich zu seinem Zentralstern extrem schwach.
Die direkte Abbildung, bei der das Licht eines Objekts wie auf einer Fotografie eingefangen wird, funktioniert nur bei Planeten, die hell genug sind, um sich neben ihren weitaus helleren Zentralsternen abzuheben. Ein direktes Bild eines so lichtschwachen Planeten wie Beta Pictoris d aufzunehmen, ist daher ein bedeutender Erfolg. „Der neue Planet ist einhundertmal lichtschwächer als Beta Pictoris b, der berühmte Planet im selben System. Das macht ihn zum lichtschwächsten Exoplaneten, der jemals direkt von der Erde aus fotografiert wurde", erklärt Bonse.
Berücksichtigt man die Entfernung des Systems, ist Beta Pictoris d der lichtschwächste jemals von der Erde aus direkt abgebildete Exoplanet. Das bedeutet, dass er die geringste absolute Helligkeit besitzt (was ausschließlich auf seine Größe und Temperatur zurückzuführen ist) und nicht die geringste scheinbare Helligkeit (bei der auch die Entfernung zur Helligkeitsabnahme beiträgt).
Diese erste eindeutige Detektion von Beta Pictoris d, der 63 Lichtjahre von uns entfernt ist, gelang Sutlieff, Bonse und ihrem Team mithilfe des ERIS-Instruments am VLT. Ein unabhängiges Team unter der Leitung von Aidan Gibbs an der University of California (USA) entdeckte denselben Planeten ebenfalls mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST), einer Gemeinschaftseinrichtung der US-amerikanischen, europäischen und kanadischen Weltraumbehörden. Ihre Ergebnisse wurden heute ebenfalls in den The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Um die Entdeckung eines Planeten abzusichern, müssen Astronominnen und Astronomen normalerweise Nachfolgebeobachtungen durchführen. Dieses System war jedoch bereits intensiv untersucht worden, sodass in den Wissenschaftsarchiven von ESO und JWST zahlreiche Aufnahmen vorlagen. "Zu unserer Freude tauchte er plötzlich in früheren SPHERE-Beobachtungen auf", sagt Birkby und bezieht sich dabei auf ein anderes VLT-Instrument, das zuvor zur Untersuchung des Beta-Pictoris-Systems eingesetzt worden war. Der Planet wurde auch in Archivdaten von NIRCam, einem JWST-Instrument, aufgespürt.
Da das Team nun wusste, wo es nach dem potenziellen neuen Planeten suchen musste, "stellte sich heraus, dass er sich die ganze Zeit in den Daten versteckt hatte!", so Birkby. Co-Autor Valentin Christiaens, Forscher am CEA Paris-Saclay (Frankreich), fügt hinzu: „Die Nachweise in den SPHERE-Archivdaten sind nicht nur an sich hochgradig spannend, sie zeigen vor allem auch, dass in den Archiven der VLT-Instrumente noch etliche Schätze verborgen liegen!"
Beta Pictoris ist nach HR 8799 erst das zweite System, in dem mehr als zwei Planeten direkt abgebildet werden konnten. "Systeme mit mehreren direkt abgebildeten Exoplaneten gelten als die Krönung solcher Entdeckungen. Sie verraten uns viel darüber, wie sich unterschiedliche Exoplaneten in ein und derselben Entstehungsumgebung entwickeln", sagt Sutlieff.
Beta Pictoris gehört zu einer Gruppe von Sternen gleichen Alters, die gemeinsam entstanden sind und von denen einige ebenfalls Planeten besitzen. Beta Pictoris d scheint fast ein Zwilling eines dieser Planeten, 51 Eridani b, zu sein. Dies ermöglicht es Astronomen, beide Objekte als Referenzpunkte zu nutzen, um ihre Modelle zur Entstehung und zeitlichen Entwicklung von Planeten abzusichern.
Beta Pictoris d löst zudem ein Rätsel in seinem Planetensystem, da er genau die richtige Masse und Position besitzt, um die auffällige Form der umgebenden Trümmerscheibe zu erklären, die aus den Überresten der Planetenentstehung besteht.
Die Entdeckung von Beta Pictoris d auf diesem Weg macht Mut für weitere direkte Abbildungen von Planetensystemen, in denen sich lichtschwache Planeten unbemerkt vor aller Augen verborgen haben könnten – unter anderem mit dem zukünftigen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO. "Planeten scheinen in Gesellschaft aufzutreten", sagt Beth Biller, ebenfalls Co-Autorin der Arbeit und Astronomin an der Universität Edinburgh. „Viele der bekannten Systeme mit direkt abgebildeten Exoplaneten beherbergen mehrere Riesenplaneten. Wahrscheinlich verbergen sich in diesen Systemen noch weitere Planeten mit geringerer Masse, die mit den Instrumenten des ELT sichtbar gemacht werden könnten."
Diese Forschungsarbeiten werden in einem Fachartikel in den The Astrophysical Journal Letters erscheinen (https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae80a0). An der Publikation unter der gemeinsamen Leitung von B. J. Sutlieff und M. J. Bonse sind mehr als 90 Autorinnen und Autoren aus aller Welt beteiligt, darunter aus Belgien, Frankreich, Deutschland, Irland, Italien, den Niederlanden, der Schweiz, Großbritannien und Chile.
