GQ Lupi b Extrasolarer Planet erstmals direkt gesehen!

Einem Forscherteam um Prof. Ralph Neuhäuser, dem auch der österreichische Astrophysiker Dr. Günther Wuchterl angehört, gelang erstmals der sichtbare Nachweis eines planetaren Begleiters bei einem Stern.

Schon vor Jahren wurden in Deutschland an der Universität Jena, unter der Leitung von Ralph Neuhäuser, sowie auch an der Thüringer Landessternwarte Tautenburg Programme zur Suche nach extrasolaren Planeten gestartet; und zwar mittels Radialgeschwindigkeitsmethode und auch durch Direktabbildung.

Auf der Suche nach einem guten Kandidaten für einen Planeten haben die Forscher im März 1990 erstmals GQ Lupi in einer Sternentstehungsregion im Sternbild Lupus (Wolf) mit dem deutschen (-US-UK) Röntgenteleskop ROSAT beobachtet. Dabei entdeckten sie eine ungewöhnlich weiche Röntgenemission bei GQ Lupi, einem T-Tauri-Stern der noch seine zirkumstellare Scheibe besitzt, in der Planetenentstehung möglich ist.

Daraufhin wurde dieser Stern in das Radialgeschwindigkeitsprogramm zur Suche nach substellaren Begleitern einbezogen und später auch in die Suche mittels direkter Abbildung mit Hilfe adaptiver Optik, weil GQ Lupi über mehrere Monate gut sichtbar über dem Cerro Paranal in Chile ist und auch weil er sehr jung und daher relativ zu möglichen Planeten nicht zu hell ist.

Es wurden insgesamt fünf Nachweise durch direkte Abbildung erbracht. Ein Nachweis mit der WFPC2 am HST im April 1999, ein Nachweis im Juli 2002 mit der AO Kamera CIAO am Japanischen Subaru Teleskop am Mauna Kea auf Hawaii und drei Nachweise mit dem VLT/NACO im Juni, August und September 2004. Das beste Bild stammt vom 25. Juni 2004 vom Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte auf dem Cerro Paranal in Chile.

Der Abstand zwischen Stern und Planet hat sich von 1999 bis 2004 nicht geändert; ein Beweis, dass sich beide gemeinsam am Himmel bewegen. Zusätzlich wurde im August und September 2004 ein Spektrum des Begleiters aufgenommen. Die Spektren wurden im 1,9 und 2,4 Mikrometer Infrarot Band aufgenommen und zeigen, dass der Begleiter eine Temperatur von etwa 2000 Kelvin hat, also heiß und jung ist. Ferner wurde CO und H₂O in der Atmosphäre des Begleiters nachgewiesen. Aus den Absorptionslinien konnten die Forscher dann seine Schwerkraft (lg g=2 , in cgs Einheiten!) und seinen Radius ableiten. (ca. 2 Jupiterradien).

Die Bestimmung der Masse des Begleiters basiert zum Teil auf Modellrechnungen G. Wuchterls, der derzeit am Astrophysikalischen Institut der Universität Jena tätig ist. Nach seinen Berechnungen hat GQ Lupi b eine Masse von 1 bis etwa 2 Jupitermassen.

Es gibt aber auch andere Meinungen. So ist z. B. der britische Astronom Mark McCaughrean skeptisch was die Masse des Begleiters betrifft. Nach den von ihm favorisierten Berechnungen hat GQ Lupi b eine Masse von 15 bis 40 Jupitermassen was bedeuten würde, dass der Begleiter kein Planet sondern ein Brauner Zwerg wäre.

GQ Lupi ist 400 Lichtjahre entfernt im Sternbild Lupus. Es ist ein sonnenähnlicher Stern mit rund 70 % Sonnenmasse, aber viel jünger als unsere Sonne; nur 1 Million Jahre alt. Der Begleiter hat einen Winkelabstand von 0,7 Bogensekunden am Firmament. Bei einer Entfernung von 400 Lichtjahren entspricht das einer Distanz zwischen Stern und Planet von 100 AE. Die Umlaufzeit beträgt 1200 Jahre, weshalb bis jetzt noch keine Orbitalbewegung nachgewiesen werden konnte.

Mit zwei verschiedenen unabhängigen Theorien wurde die Masse des Begleiters indirekt bestimmt:

Zum einen mit der Entstehungstheorie Wuchterls.
Mit Dr. Wuchterls Entstehungstheorie kann man aus Leuchtkraft und Temperatur auf Alter und Masse schließen und daraus auch die Schwerkraft und den Radius ableiten.

Zum anderen wurde das beobachtete Infrarot-Spektrum mit der Atmosphärentheorie von Peter Hauschildt von der Hamburger Sternwarte verglichen.

Beide Theorien kommen unabhängig voneinander auf etwa die gleichen Werte:
Etwa 2 Jupiterradien, Schwerkraft log g = 2 bis 3 und etwa 2 Jupitermassen.

Da beide Theorien die gleichen Werte ergeben, macht das die Massenbestimmung relativ sicher. Kleine Abweichungen kann es allerdings schon geben. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Masse des Begleiters unter 13 Jupitermassen liegt (untere Grenze für einen Braunen Zweig) ist aber auf jeden Fall sehr groß.

LINKS:

Astrophysikalisches Instiut und Universitäts-Sternwarte Jena (AIU)
GQ Lupi (AIU)
Thüringer Landessternwarte Sternwarte Tautenburg, Karl-Schwarzschild-Observatorium


9. April 2005/SP
Verein Kuffner-Sternwarte