Astronomen entdecken einen zweiten Planeten, der zwei Sterne umkreist

Planeten, die Doppelsterne umkreisen, befinden sich in einer schwierigen Situation: Sie müssen mit der Anziehungskraft zweier getrennter Sterne fertig werden. Die Planetenbildung um einen einzelnen Stern wie unsere Sonne ist relativ unkompliziert im Vergleich zu dem, was zirkumbinäre Planeten durchlaufen. Bis vor kurzem waren sich Astronomen nicht sicher, ob sie existierten.

Astronomen finden selten Doppelsterne mit Planeten, die sie umkreisen. Es kann daran liegen, dass sie selten sind, oder daran, dass sie schwer zu erkennen sind; wahrscheinlich beides. Jetzt hat ein Forscherteam einen Doppelstern mit mehr als einem Planeten gefunden. Dies ist erst die zweite Instanz eines Mehrplaneten-Doppelsternsystems. Was sagt uns das über diese Arten von Sonnensystemen?

Das System heißt TOI-1338 und ist ein etwa 1.300 Lichtjahre entfernter Doppelstern im Sternbild Pictoris. TOI-1338 a ist ein Hauptreihenstern mit 1,12 Sonnenmassen und TOI-1338 b ist ein M-Zwerg (roter Zwerg) mit 0,3 Sonnenmassen. Das Sternensystem ist etwa 4,4 Milliarden Jahre alt.

Ein Sommerpraktikant am Goddard Space Flight Center der NASA entdeckte 2017 den ersten Planeten um den Doppelstern. TOI-1338 b ist ein zirkumbinärer Planet mit etwa 33 Erdmassen und liegt zwischen Saturn und Neptun in der Größe. Es befindet sich auf einer 95-tägigen Umlaufbahn um die Doppelsterne.

Zirkumbinäre Planeten sind in den Daten schwer zu finden, da sich die Sterne gegenseitig verdunkeln können, wodurch Planetentransite schwer zu erkennen sind. Ihre Transite können auch unregelmäßig sein und sie können nur vor einem der Doppelsterne vorbeiziehen. Die Transite von TOI-1338 b treten unregelmäßig alle 93 bis 95 Tage auf, was sie nicht periodisch macht. Und da sich beide Sterne bewegen, variiert die Tiefe des Transits.

Aufgrund der Neigung von TOI-1338 b wird es aus unserer Sicht im November 2023 aufhören, vor seinem Stern vorbeizufliegen. Dann, etwa 2031, werden wir die Transite wieder sehen.

Jetzt haben Astronomen einen zweiten Planeten gefunden, der TOI-1338 umkreist. Es heißt TOI-1338/BEBOP-1c und wurde mit der Radialgeschwindigkeitsmethode und nicht mit der Transitmethode gefunden. Der Name BEBOP stammt von einem Beobachtungsprojekt. „Um die Anzahl bekannter zirkumbinärer Planeten zu erhöhen und genaue Massen für Systeme zu liefern, die mit der Transitmethode entdeckt wurden, haben wir eine Radialgeschwindigkeitsbeobachtungsuntersuchung initiiert, die der Detektion zirkumbinärer Planeten gewidmet ist und den Namen Binaries Escorted By Orbiting Planets (BEBOP) trägt“, erklären die Autoren in ihr Papier.

Die Forscher berichteten über ihre Ergebnisse in einem Artikel mit dem Titel „The First Circumbinary Planet Discovered with Radial Velocities“. Es wurde zur Veröffentlichung angenommen in Naturastronomie und ist auf dem arXiv-Preprint-Server verfügbar. Der Hauptautor ist Matthew R. Standing, ein Ph.D. Student an der School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, UK.

Der neue Planet ist ein Gasriese von etwa 65 Erdmassen. Er befindet sich auf einer breiteren Umlaufbahn als TOI-1338 b und hat eine Umlaufzeit von etwa 215 Tagen. Astronomen entdeckten es anhand von Radialgeschwindigkeitsdaten, die mit den Spektrographen HARPS und ESPRESSO gesammelt wurden. Diese Entdeckung markiert das erste Mal, dass Astronomen einen zirkumbinären Planeten unter Verwendung der Radialgeschwindigkeit gefunden haben, und das System ist erst das zweite gefundene zirkumbinäre System mit mehreren Planeten.

Astronomen interessieren sich sehr für zirkumbinäre Planeten. Sie waren in der Science-Fiction üblich, wurden aber nicht bestätigt, bis die Kepler-Mission den ersten fand. Es heißt Kepler-16b und ist auf seine Art ein Sonderling. Es liegt innerhalb des Radius, den Astronomen für die innere Grenze für Planeten in Doppelsternsystemen hielten. Kepler-16b hat keine Geschwisterplaneten.

Jetzt kennen wir 12 zirkumbinäre Planeten, und zwei davon befinden sich in Mehrplanetensystemen. Das erste zirkumbinäre Mehrplanetensystem, das Astronomen gefunden haben, heißt Kepler-47 und beherbergt drei bekannte Explaneten. Das BEBOP-Beobachtungsprogramm soll mehr zirkumbinäre Planeten entdecken und mehr über sie erkennen. Sein Hauptziel ist es, mehr von ihnen zu finden, und es wird dies erreichen, indem es einige von Keplers Beobachtungsvorurteilen überwindet.

Doppelsternsysteme sind viel komplizierter als Einzelsternsysteme wie unseres. Doppelsterne stören die Planetenbildung auf eine Weise, die vorhersagbarere Einzelsternsysteme nicht tun. Die Doppelsterne schaffen raue Bedingungen in der protoplanetaren Umgebung. Früher dachten Astronomen, dass Planeten in diesen Systemen katastrophalen Kollisionen ausgesetzt oder durch Gravitationsstörungen aus ihren Systemen geschleudert würden. Aber all diese jüngsten Entdeckungen zeigen, dass das nicht unbedingt wahr ist. Indem sie mehr zirkumbinäre Planeten finden und ihre Ähnlichkeiten mit und Unterschiede zu Einsternplaneten charakterisieren, werden Astronomen viel darüber lernen, wie Planeten entstehen und wandern.

Eine der Schwierigkeiten bei der Untersuchung zirkumbinärer Planeten ist die Bestimmung ihrer Massen. BEBOP wurde entwickelt, um nicht nur Planeten zu finden, sondern auch ihre Massen genauer zu messen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da die Kenntnis ihrer Massen dabei hilft, festzustellen, welche aufgebläht sind, mit erweiterten Atmosphären, die für die atmosphärische Spektroskopie geeignet sind. BEBOP fand nicht nur den zweiten Planeten, sondern maß auch die Masse des inneren Planeten von TOI-1338 genauer.

Ein weiteres zirkumbinäres Mehrplanetensystem zu finden und seine Massen zu bestimmen, ist eine wichtige Entdeckung. Während diese Systeme einige Teile der Modelle für die Entstehung von Planeten auf den Kopf stellen, werden sie unsere Modelle letztendlich genauer machen.

Die Forscher sagen, dass TOI-1338/BEBOP-1c irgendwann garantiert den Primärstern passieren wird, aber sie können nicht sagen, wann. Das ist trotz der Fehlausrichtung zwischen dem Planeten und dem Stern. „Es mag auf den ersten Blick kontraintuitiv erscheinen, dass eine Planeten-Binär-Fehlausrichtung die Transitfähigkeit wahrscheinlicher macht“, schreiben sie. Dies liegt daran, dass die Himmelsneigung des Planeten laut den Autoren um die Himmelsneigung der Binärdatei oszilliert und sich die Neigung des Planeten schließlich 90 Grad nähert. Das bedeutet „… die überwiegende Mehrheit der zirkumbinären Planeten, die verfinsternde Doppelsterne umkreisen, wird schließlich passieren.“

Das Team untersuchte auch das Problem anderer Planeten um den Doppelstern. Bisher wurden noch keine entdeckt, aber sie könnten es noch sein. Obwohl sie nicht sicher sagen können, ob es weitere Planeten gibt, haben sie die Einschränkungen für mögliche Entdeckungen berechnet und grafisch dargestellt.

Eines der Probleme bei der Untersuchung zirkumbinärer Planeten um Doppelsterne ist, dass die meisten der uns bekannten zu schwach sind. Das bedeutet, dass es für die meisten von ihnen, einschließlich des neuen Planeten TOI-1338/BEBOP-1c, keine Möglichkeit gibt, ihre Atmosphären spektroskopisch zu untersuchen. Aber sein zuvor entdeckter Bruder TOI-1338b könnte ausreichend erleuchtet sein. „Daher“, schreiben die Forscher, „ist TOI-1338/BEBOP-1b trotz der Herausforderungen unsere einzige Möglichkeit, Licht in die atmosphärische Zusammensetzung zirkumbinärer Planeten zu bringen.“

„Von den mittlerweile 15 bekannten zirkumbinären Exoplaneten ist TOI-1338/BEBOP-1b der einzige, für den derzeit Transmissionsspektroskopie des James-Webb-Weltraumteleskops durchgeführt werden kann Das TOI-1338/BEBOP-1-System bietet neue Hoffnung“, schreiben die Autoren in ihrem Artikel.