Kepler-Satellit und Planeten von Doppelsternen

Anfang 2012 gaben Astronomen bekannt, dass der Kepler-Satellit zwei zusätzliche Gasriesenplaneten gefunden hat – die sie Kepler-34b und Kepler-35b genannt haben – im Orbitbinäroder Doppelsternsysteme. Die Planeten haben ungefähr die Größe eines Saturns. Nur ein weiterer Planet, der einen Doppelstern umkreist – Kepler-16b – wurde zuvor beobachtet; seine Entdeckung wurde im September 2011 bekannt gegeben. Die Kepler-Kollaborationgemeldetdie beiden jüngsten Planeten von Doppelsternen am 11. Januar 2012, in der ZeitschriftNatur.


Kepler-35-System. Künstler: Lynette Cook / extrasolar.spaceart.org

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Kepler-34b umkreist seine beiden sonnenähnlichen Sterne alle 289 Tage, und die Sterne umkreisen einander alle 28 Tage. Kepler-35b umkreist seine kleineren und kühleren Wirtssterne alle 131 Tage, und das Sternpaar umkreist sich alle 21 Tage. Die Planeten befinden sich zu nahe an ihren Muttersternen, um sich in der „bewohnbaren Zone“ zu befinden – der Region, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren könnte.

Planeten, die Doppelsterne umkreisen, waren früher der Stoff von Issac Asimov-Romanen und George Lucas-Filmen. Aber die Autoren derNaturArtikel schätzen, dass fürkurzperiodische Binärsysteme– wo sich zwei Sterne auf ähnlichen Zeitskalen wie den oben genannten umkreisen – mindestens 1% von ihnen wird Planeten beherbergen. Das sind zumindest Millionen von Systemen, ganz zu schweigen von den längerfristigen Doppelsystemen (manche Doppelsterne brauchen viele Jahre, um sich einmal zu umkreisen), die dieNaturArtikel analysiert nicht.

Kepler 34b, mit freundlicher Genehmigung von W. Wilson et al.

Nach diesem Bericht hat der Kepler-Satellit derzeit 2.326 Kandidaten geortetExoplaneten, oder Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen, aber – abgesehen von den drei oben genannten Planeten – umkreisen alle diese Planeten einzelne Sterne. Inzwischen wird angenommen, dass etwa ein Drittel aller Sternensysteme in der Milchstraße binäre Systeme sind, in denen zwei gravitativ gebundene Sterne einander umkreisen. Nur eine Handvoll anderer Systeme soll übrigens aus mehr als zwei Sternen bestehen. Es wird angenommen, dass der Stern Castor im Sternbild Zwillinge ein sechsfaches Sternensystem ist: drei umlaufende Paare von Doppelsternen!




Der Kepler-Satellit, benannt nach dem Astronomen Johannes Kepler aus dem 17. Vor Kepler waren zwar in der Vergangenheit einige Exoplaneten entdeckt worden, aber sie waren alle sehr massereiche Planeten wie Jupiter. Sehr massereiche Planeten, obwohl sie relativ leicht zu entdecken sind, bieten keine Möglichkeit für erdähnliches Leben. Der Kepler-Satellit hat uns einen Einblick in die vielfältige Planetenlandschaft unserer Galaxie gegeben.

Das Rendering des Künstlers zeigt die mehreren Planetensysteme, die von der Kepler-Mission der NASA entdeckt wurden. Von Hunderten von Kandidaten-Planetensystemen hatten Wissenschaftler zuvor sechs Systeme mit mehreren Transitplaneten (hier rot markiert) verifiziert. Kepler-Beobachtungen haben nun Planeten (hier grün dargestellt) in 11 neuen Planetensystemen bestätigt. Viele dieser Systeme enthalten zusätzliche Planetenkandidaten, die noch verifiziert werden müssen (hier in dunkelviolett dargestellt). Als Referenz sind die acht Planeten des Sonnensystems blau dargestellt. Bildnachweis: NASA Ames/Jason Steffen, Fermilab Center for Particle Astrophysics

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Der Satellit Kepler untersucht auch Doppelsternsysteme besonders genau, um zu sehen, welche Arten von Planeten sie beherbergen. Diese Ergebnisse werden wichtige Hinweise darauf geben, wie sich diese Systeme bilden. Werden Doppelsternsysteme durch Kollisionen getrennter Sternsysteme gebildet, oder bilden sich diese Doppelsterne gleichzeitig aus demselben „Sternmaterial“? Beherbergen Doppelsternsysteme eher Planeten als Einzelsternsysteme? Kepler hofft, damit beginnen zu können, viele dieser Fragen zu beantworten.


Astronomen entdecken Doppelsternsysteme auf verschiedene Weise. Einige Binärdateien sind nah genug, um optisch durch Teleskope aufgelöst zu werden. Wir können tatsächlich die beiden getrennten Sterne sehen! Für weiter entfernte Sternensysteme müssen cleverere Methoden eingesetzt werden.

Die Messung der Leuchtkraft oder Helligkeit entfernter Lichtpunkte gibt Hinweise darauf, ob es sich nicht tatsächlich um Doppelsterne handelt. Das System Algol, der Dämonenstern, das im Sternbild Perseus gefunden wurde, wurde von frühen Sternenguckern mit einer unterschiedlichen Leuchtkraft festgestellt. Erst 1783 registrierten frühe Wissenschaftler seine Helligkeit, die sich in einem sich wiederholenden Muster änderte und etwa alle drei Tage für 10 Stunden dimmte. Sie schlugen vor, dass Algol tatsächlich ein binäres System sei, bei dem ein Stern den anderen für diese 10 Stunden verfinstert.

Die Frequenzen des emittierten Lichts eines Sternensystems werden auch verwendet, um die Natur des Systems zu bestimmen. Sterne, wie unsere Sonne, erzeugen elektromagnetische Strahlung über einen Bereich von Frequenzen oder Farben. Unsere Sonne produziert eigentlich hauptsächlich sichtbares Licht, aber auch Infrarot- und Radiowellen im niederfrequenten Bereich des Spektrums sowie Ultraviolett- und Röntgenstrahlung in den oberen Frequenzbändern. Diese elektromagnetischen Wellen verhalten sich ähnlich wie die Schallwellen, mit denen wir besser vertraut sind. Wir alle haben den Doppler-Effekt bemerkt, als Fahrzeuge mit Sirenen an uns vorbeigefahren sind: Die Schallwellen, die sich auf uns zu bewegen, werden höher oder höher, die Schallwellen, die sich von uns wegbewegen, werden tiefer. Der gleiche Effekt tritt mit den elektromagnetischen Wellen auf, die Licht sind. Astronomen können messen, dass das Licht dieser Doppelsternsysteme gleichzeitig immer höher und tiefer wird, wodurch wir feststellen können, dass sich tatsächlich zwei Sterne gleichzeitig auf uns zu und von uns weg bewegen.

Der Kepler-Satellit, ein außergewöhnlicher Planetenjäger. Bildquelle: NASA


Wenn Astronomen heutzutage ein Doppelsternsystem gefunden haben, kann es sein, dass sich die Aufgabe darauf konzentriert, alle möglichen Planeten im System zu entdecken. Der Kepler-Satellit verwendet ein sehr ähnliches Verfahren wie die oben erwähnte Helligkeitsmessung. Kepler hält seine Kamera auf einem bestimmten Abschnitt des Himmels in Richtung der Sternbilder Cygnus, Lyra und Draco. Es wartet dann geduldig, bis einer der Sterne für einen Moment in der Leuchtkraft sinkt. Dies ist das Signal eines Exoplaneten. Diese Verdunkelung wird als ein Planet interpretiert, der über das Gesicht des Sterns wandert. Durch Messung des Ausmaßes der Verdunkelung und der Häufigkeit des Auftretens können die Eigenschaften des Planeten wie Größe und Masse ermittelt werden. Mit diesen wenigen Informationen ist es möglich festzustellen, ob der Planet erdähnlich ist oder eher den riesigen Gasplaneten in den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems, wie dem Jupiter, ähnelt.

Trotz seiner jüngsten Entdeckung erdähnlicher Planeten sowie von Planeten, die Doppelsterne umkreisen, bietet uns der Kepler-Satellit einen unvergleichlichen Blick in die vielfältige Sonnenlandschaft.

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