Neue Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Hubble zeigen, dass der Exoplanet Fomalhaut b einer ungewöhnlich langgestreckten Umlaufbahn folgt. Zudem verfügt die Staubscheibe, welche den Zentralstern umgibt, über eine größere Ausdehnung als bisher angenommen.
Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Hubble Space Telescope.
(Bild: NASA, ESA, A. Feild (STScI))
Bei dem in einer Entfernung von rund 25 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem im Sternbild „Südlicher Fisch“ (lateinischer Name „Piscis Austrinus“) befindlichen Stern Fomalhaut handelt es sich um einen etwa 100 bis 300 Millionen Jahre alten Stern der Spektralklasse A3 V, welcher in etwa über die doppelte Masse unserer Sonne verfügt. Bereits in den 1980er Jahren entdeckte Astronomen mittels des Infrarot-Weltraumteleskops IRAS, dass Fomalhaut von einem rund 250 Astronomische Einheiten durchmessenden Staubring umgeben ist, welcher in der Folgezeit durch das Hubble Space Telescope (HST) auch im sichtbaren Licht abgebildet werden konnte.
Die asymmetrische Form des Ringes und dessen anscheinend enge räumliche Begrenzung wurde von den Astronomen auf einen Planeten zurückgeführt, welcher Fomalhaut umkreist. Und tatsächlich gelang es, diesen Exoplaneten mit dem Hubble-Weltraumteleskop in den Jahren 2004 und 2006 direkt abzubilden. Entsprechende wissenschaftliche Publikationen wurden im Jahr 2008 veröffentlicht. Bei späteren Beobachtungen mit verschiedenen Infrarotteleskopen war es den Wissenschaftlern allerdings nicht gelungen, den Exoplaneten erneut eindeutig nachzuweisen, was zwischenzeitlich zu ernsthaften Zweifeln an der Existenz von „Fomalhaut b“ – so seine offizielle Bezeichnung – führte.
Neue Beobachtungen, welche im Jahr 2012 ebenfalls mit dem Hubble Space Telescope erfolgten, haben nun jedoch gezeigt, dass sich Fomalhaut b auf einem hochgradig elliptischen Orbit um seinen Zentralstern bewegt und der von dem Staubring ausgefüllte Bereich zudem deutlich umfangreicher ausfällt, als bislang angenommen wurde. Dieser Staubring erstreckt sich demzufolge in einer Entfernung von etwa 22 Milliarden bis zu fast 32 Milliarden Kilometern vom Stern.
Der Exoplanet Fomalhaut b verfügt laut den durch die Beobachtungen gewonnenen Daten über einen sehr elliptischen Orbit, wobei er sich seinem Zentralstern auf eine Entfernung von bis zu rund 7,4 Milliarden Kilometern nähert. Beim Passieren der Apoapsis, den Punkt der größten Entfernung zum Zentralstern, befindet sich der Planet dagegen in einer Entfernung von mehr als 43 Milliarden Kilometern zum Stern Fomalhaut. Für eine vollständige Umrundung seines Stern benötigt Fomalhaut b etwa 2.000 Jahre.
Zum Vergleich: Der Neptun, der äußerste Planet unseres Sonnensystems, ist im Mittel lediglich 4.495 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt. Der Unterschied zwischen der kleinsten und der größten Entfernung zur Sonne während eines knapp 165 Jahre dauernden kompletten Neptun-Umlaufes beträgt dabei nur etwa 103 Millionen Kilometer.
(Bild: ESO, IAU, Sky & Telescope)
„Wir waren geschockt. Damit hatten wir nicht gerechnet“, so Paul Kalas von der University of California in Berkeley/USA und vom SETI-Institute in Mountain View/Kalifornien, der Leiter des Astronomenteams, welches die Hubble-Daten auswertete und vergangene Woche auf einem Treffen der American Astronomical Society (AAS) in Long Beach/USA präsentierte.
Paul Kalas und sein Team vermuten, dass sich Fomalhaut b nicht immer auf seiner jetzt zu beobachtenden Umlaufbahn bewegt hat, sondern dass der ursprüngliche Orbit dieses Planeten in einem deutlich geringeren Abstand zu seinem Zentralstern verlief. Demnach könnte es sich bei Fomalhaut b um einen ehemaligen „Hot Jupiter“ handeln, einen Exoplaneten, welcher in etwa die Masse des Jupiters erreicht und seinen Zentralstern zudem auf einer sehr engen Bahn umkreist.
Wie gelangte Fomalhaut b jedoch auf seine jetzige Umlaufbahn?
Hierfür könnte zum Beispiel ein weiterer, bisher allerdings noch unentdeckter Planet in diesem Sternsystem verantwortlich sein, welcher sich im inneren Bereich des Systems von Fomalhaut befindet. Durch die in der Vergangenheit erfolgten nahen Begegnungen dieser beiden Planeten wurde Fomalhaut b schließlich infolge der gravitativen Wechselwirkungen zwischen den beiden Planeten auf seine jetzige, ungewöhnlich langgestreckte Umlaufbahn befördert, welche ihn weit über den äußeren Rand der die den Zentralstern umgebenden Staubscheibe hinaus führt.
„Hot Jupiters werden manchmal durch dichte Begegnungen mit einem anderen Planeten auf andere Umlaufbahnen gelenkt“, so Mark Clampin vom Goddard Space Flight Center der NASA. „Dabei verbleibt einer der Planeten im Inneren des Systems und der andere wird nach außen befördert. Fomalhaut b könnte der Planet sein, der dabei nach außen befördert wurde.“
Die Beobachtungen des Hubble Space Telescope haben zudem gezeigt, dass sich in dem Staubgürtel, welcher den Stern Fomalhaut umgibt, eine deutlich erkennbare Lücke erstreckt. Diese Lücke, so die Astronomen, könnte durch einen weiteren, bislang ebenfalls unentdeckten Planeten entstanden sein, welcher genau in diesem Bereich seinen Zentralstern umrundet und dabei im Laufe der Zeit die Umgebung seiner Umlaufbahn von Staub und Trümmerteilen „gereinigt“ hat (Raumfahrer.net berichtete über vergleichbare Forschungsergebnisse aus dem Jahr 2012). Eine Fortsetzung der Suche nach weiteren Exoplaneten im Sternsystem Fomalhaut erscheint laut der Überzeugung der Astronomen deshalb als erfolgversprechend.
Ein kosmisches Feuerwerk?
(Bild: NASA, ESA, Z. Levay (STScI))
Sollte die Orbitebene des Exoplaneten Fomalhaut b identisch sein mit der Ebene, auf der sich auch der den Zentralstern umgebende Staubring erstreckt, so würde Fomalhaut b auf seiner Umlaufbahn in etwa 20 Jahren den inneren Rand des äußeren Staubgürtels erreichen. Falls dies zutrifft, so dürfte der Planet aller Wahrscheinlichkeit nach während des anschließenden Passierens dieses Gürtels in den folgenden Jahren mit zahlreichen größeren Trümmerstücken kollidieren. Diese Zusammenstöße könnten dann zu einem ähnlichen „kosmischen Feuerwerk“ führen wie die im Sommer 1994 erfolgte Kollision des Kometen Shoemaker-Levy 9 mit dem Jupiter.
Diese Kollisionen, so die Astronomen, sollten sich bei Beobachtungen im Infrarotbereich bemerkbar machen und sich mit entsprechenden Instrumenten registrieren lassen. Verläuft der Orbit von Fomalhaut b dagegen nicht auf der gleichen Ebene, welche der Staubring einnimmt, so wird in den kommenden Jahren lediglich eine allmählich erfolgende Helligkeitsabnahme des Planeten zu beobachten sein, da sich Fomalhaut b gegenwärtig immer weiter von seinem Zentralgestirn entfernt.
Der Stern Fomalhaut, der ihn umgebende Ring aus Staub und Trümmerteilen und die dort befindlichen Exoplaneten sind für die Astronomen deshalb von besonderem Interesse, weil es sich hierbei um ein noch verhältnismäßig junges Sternsystem handelt, welches unserem Sonnensystem zudem sehr nahe gelegen und somit relativ gut zu beobachten ist.
Die dort gegenwärtig ablaufenden Prozesse weisen vermutlich große Ähnlichkeiten mit den Abläufen auf, welche sich in dessen frühen Entwicklungsstadium auch einstmals in unserem heimischen Sonnensystem abspielten. Die Studie von Fomalhaut liefert somit Erkenntnisse darüber, wie sich unser Sonnensystem vor mehr als vier Milliarden Jahren entwickelt hat.
Dank Fomalhaut b können die Astronomen hier in einige Jahren zudem vielleicht auch beobachten, was passiert, wenn ein Planet eine Region aus relativ dicht gepackten Trümmerteilen durchläuft, welche gewisse Ähnlichkeiten mit dem Kuipergürtel unseres Sonnensystems aufweist.
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