Ein internationales Forscherteam der Universität Lüttich (Belgien) und der Monash University (Australien) hat soeben die Ergebnisse der Analyse von Daten des SPHERE-Instruments der Europäischen Südsternwarte (ESO) veröffentlicht, die einen neuen Protoplaneten bestätigen. Dieses Ergebnis wurde durch fortschrittliche Bildverarbeitungswerkzeuge ermöglicht, die vom PSILab der Universität Lüttich entwickelt wurden.
Die Studie erscheint im Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society: Briefe.
Planeten bilden sich aus Materialklumpen in Scheiben, die neugeborene Sterne umgeben. Wenn sich der Planet noch bildet, dh wenn er noch Material ansammelt, wird er als Protoplanet bezeichnet. Bisher wurden nur zwei Protoplaneten eindeutig als solche identifiziert, PDS 70 b und c, die beide den Stern PDS 70 umkreisen. Diese Zahl wurde nun mit der Entdeckung und Bestätigung eines Protoplaneten in der Gas- und Staubscheibe auf drei erhöht um HD 169142, einen Stern, der 374 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt ist.
„Wir haben Beobachtungen des SPHERE-Instruments des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) verwendet, die auf dem Stern HD 169142 gewonnen wurden, der zwischen 2015 und 2019 mehrmals beobachtet wurde“, erklärt Iain Hammond, Forscher an der Monash University ( Australien), der im Rahmen seiner Doktorarbeit an der ULiège studierte.
Eine Reihe von Bildern des HD 169142-Systems, die den Planeten in der Formation HD 169142 b zeigen, der sich im Laufe der Zeit in seiner Umlaufbahn bewegt. Im Kielwasser des Planeten ist ein heller Spiralarm sichtbar, der aus der dynamischen Wechselwirkung zwischen dem Planeten und der Scheibe, in der er liegt, resultiert. Das Signal des Sterns, der 100.000 Mal heller als der Planet ist, wurde durch eine Kombination aus optischen Komponenten und Bildverarbeitung (Maske in der Bildmitte) subtrahiert. Bilder, die mit dem VLT/SPHERE-Instrument der ESO aufgenommen wurden. Kredit: ESO/VLT
„Da wir davon ausgehen, dass Planeten bei ihrer Bildung heiß sein werden, hat das Teleskop Infrarotbilder von HD 169142 aufgenommen, um nach der thermischen Signatur ihrer Entstehung zu suchen. Mit diesen Daten konnten wir das Vorhandensein eines Planeten, HD 169142 b, bestätigen 37 AE (37 astronomische Einheiten oder 37 Mal die Entfernung von der Erde zur Sonne) von seinem Stern entfernt – etwas weiter als die Umlaufbahn von Neptun.“
Bereits 2019 hatte ein Forscherteam unter der Leitung von R. Gratton die Hypothese aufgestellt, dass eine kompakte Quelle, die auf ihren Bildern zu sehen ist, einen Protoplaneten verfolgen könnte. Die neue Studie bestätigt diese Hypothese sowohl durch eine erneute Analyse der in ihrer Studie verwendeten Daten als auch durch die Einbeziehung neuer Beobachtungen von besserer Qualität.
Die verschiedenen Bilder, die zwischen 2015 und 2019 mit dem SPHERE-Instrument von VLT aufgenommen wurden, zeigen eine kompakte Quelle, die sich im Laufe der Zeit bewegt, wie es für einen Planeten zu erwarten ist, der seinen Stern in 37 astronomischen Einheiten umkreist. Alle mit dem SPHERE-Instrument gewonnenen Datensätze wurden mit hochmodernen Bildverarbeitungswerkzeugen analysiert, die vom PSILab-Team der Universität Lüttich entwickelt wurden.
„Der letzte in unserer Studie berücksichtigte Datensatz aus dem Jahr 2019 ist entscheidend für die Bestätigung der Planetenbewegung“, erklärt Valentin Christiaens, Forscher am PSILab der Universität Lüttich. „Dieser Datensatz wurde bisher nicht veröffentlicht.“
Die neuen Bilder bestätigen auch, dass der Planet einen ringförmigen Spalt in die Scheibe geschnitten haben muss – wie von den Modellen vorhergesagt. Diese Lücke ist bei Beobachtungen der Scheibe mit polarisiertem Licht deutlich sichtbar. „Im Infrarot können wir auch einen Spiralarm in der Scheibe sehen, der vom Planeten verursacht und in seinem Kielwasser sichtbar ist, was darauf hindeutet, dass andere protoplanetare Scheiben, die Spiralen enthalten, ebenfalls noch unentdeckte Planeten beherbergen könnten“, sagt Hammond.
Die Bilder mit polarisiertem Licht sowie das vom Forschungsteam gemessene Infrarotspektrum weisen ferner darauf hin, dass der Planet in einer beträchtlichen Menge Staub begraben ist, der von der protoplanetaren Scheibe angesammelt wurde. Dieser Staub könnte die Form einer zirkumplanetaren Scheibe haben, einer kleinen Scheibe, die sich um den Planeten selbst bildet, der wiederum Monde bilden könnte. Diese wichtige Entdeckung zeigt, dass der Nachweis von Planeten durch direkte Abbildung bereits in einem sehr frühen Stadium ihrer Entstehung möglich ist.
„In den letzten zehn Jahren gab es viele Fehlalarme bei der Entdeckung von Planeten in Formation“, sagt Valentin Christiaens. „Abgesehen von den Protoplaneten des PDS 70-Systems wird der Status der anderen Kandidaten in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer noch heiß diskutiert. Der Protoplanet HD 169142 b scheint andere Eigenschaften als die Protoplaneten des PDS 70-Systems zu haben, was sehr interessant ist. Es scheint, dass wir es in einem jüngeren Stadium seiner Entstehung und Entwicklung eingefangen haben, da es immer noch vollständig in Staub vergraben oder von viel Staub umgeben ist.
Angesichts der bisher sehr geringen Zahl bestätigter sich bildender Planeten sollten uns die Entdeckung dieser Quelle und ihre Folgemaßnahmen ein besseres Verständnis dafür vermitteln, wie Planeten und insbesondere Riesenplaneten wie Jupiter entstehen.
Eine weitere Charakterisierung des Protoplaneten und eine unabhängige Bestätigung könnten durch zukünftige Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) erfolgen. Die hohe Empfindlichkeit von JWST gegenüber Infrarotlicht sollte es den Forschern tatsächlich ermöglichen, die Wärmestrahlung des heißen Staubs rund um den Planeten zu erkennen.
Mehr Informationen:
Iain Hammond et al., Bestätigung und Keplersche Bewegung des Gap-Carving-Protoplaneten HD 169142 b, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society: Briefe (2023). DOI: 10.1093/mnrasl/slad027