Astronomen stellen fest, dass es nicht nur eine Vielzahl unterschiedlicher extrasolarer Planeten gibt, sondern auch verschiedene Arten von Planetensystemen. "In Bezug auf Sonnensysteme sind wir nicht mehr in Kansas", sagte Barbara McDonald vom McDonald Observatory der University of Texas beim heutigen Treffen der American Astronomical Society in Miami, Florida. "Das Aufregende ist, wir haben ein anderes Multi-Planeten-System gefunden, das unserem überhaupt nicht ähnlich ist."
Ein genauer Blick auf das Upsilon Andromedae-System mit dem Hubble-Weltraumteleskop, dem Hobby-Eberly-Teleskop und anderen bodengestützten Teleskopen zeigt ein verrücktes System, bei dem Planeten nicht geneigt sind und stark geneigte Umlaufbahnen haben. Die Astronomen fanden auch einen anderen Planeten und auch einen anderen Stern - dies ist wahrscheinlich ein Doppelsternsystem.
Selbst mit Plutos geneigter Umlaufbahn sieht unser Sonnensystem im Vergleich zu Upsilon Andromedae wie ein Ozean der Ruhe aus.
McDonald sagte, diese überraschenden Ergebnisse würden sich auf Theorien über die Entwicklung von Mehrplanetensystemen auswirken und zeigen, dass einige gewalttätige Ereignisse die Umlaufbahnen von Planeten stören können, nachdem sich ein Planetensystem gebildet hat.
"Die Ergebnisse bedeuten, dass zukünftige Studien über exoplanetare Systeme komplizierter sein werden", sagte sie. "Astronomen können nicht mehr davon ausgehen, dass alle Planeten ihren Elternstern in einer einzigen Ebene umkreisen." sagt Barbara McArthur von der University of Texas am McDonald Observatory in Austin.
Ähnlich wie unsere Sonne in ihren Eigenschaften liegt Upsilon Andromedae etwa 44 Lichtjahre entfernt. Es ist etwas jünger, massiver und heller als die Sonne. Seit etwas mehr als einem Jahrzehnt wissen Astronomen, dass drei Planeten vom Jupiter-Typ den gelb-weißen Stern Upsilon Andromedae umkreisen.
Aber nach über tausend kombinierten Beobachtungen entdeckten McDonald und ihr Team Hinweise darauf, dass ein vierter Planet, e, den Stern viel weiter draußen umkreist. Sie konnten auch die genauen Massen von zwei der drei zuvor bekannten Planeten Upsilon Andromedae c und d bestimmen. Viel verblüffender ist jedoch, dass nicht alle Planeten diesen Stern in derselben Ebene umkreisen. Die Bahnen der Planeten c und d sind um 30 Grad zueinander geneigt. Diese Forschung ist das erste Mal, dass die „gegenseitige Neigung“ zweier Planeten, die einen anderen Stern umkreisen, gemessen wurde.
"Höchstwahrscheinlich hatte Upsilon Andromedae den gleichen Bildungsprozess wie unser eigenes Sonnensystem, obwohl es Unterschiede in der späten Formation gegeben haben könnte, die diese divergierende Entwicklung ausgelöst haben", sagte McArthur. „Die Prämisse der planetaren Evolution war bisher, dass sich Planetensysteme in der Scheibe bilden und wie unser eigenes System relativ koplanar bleiben. Jetzt haben wir einen signifikanten Winkel zwischen diesen Planeten gemessen, der darauf hinweist, dass dies nicht immer der Fall ist. ”
Bisher war die übliche Weisheit, dass eine große Gaswolke zu einem Stern zusammenbricht und Planeten ein natürliches Nebenprodukt von Materialresten sind, die eine Scheibe bilden. In unserem Sonnensystem gibt es ein Fossil dieses Schöpfungsereignisses, da alle acht Hauptplaneten in fast derselben Ebene umkreisen. Die äußersten Zwergplaneten wie Pluto befinden sich in geneigten Bahnen, aber diese wurden durch die Schwerkraft von Neptun modifiziert und sind nicht tief im Gravitationsfeld der Sonne eingebettet.
Was hat das Upsilon Andromedae-System umgehauen?
"Zu den Möglichkeiten gehören Wechselwirkungen, die durch die Einwanderung von Planeten nach innen, den Ausstoß anderer Planeten aus dem System durch Planeten-Planeten-Streuung oder die Störung durch den binären Begleitstern des Elternsterns, Upsilon Andromedae B, entstehen", sagte McArthur.
Oder der Begleitstern - ein roter Zwerg, der weniger massiv und viel dunkler als die Sonne ist - könnte der Schuldige sein. ist.
"Wir haben keine Ahnung, wie die Umlaufbahn ist", sagte Teammitglied Fritz Benedict. „Es könnte sehr exzentrisch sein. Vielleicht kommt es hin und wieder sehr nahe. Es kann 10.000 Jahre dauern. “ Solch ein enger Durchgang durch den Sekundärstern könnte die Umlaufbahnen der Planeten gravitativ stören. “
Die zwei verschiedenen Arten von Daten, die in dieser Untersuchung kombiniert wurden, waren Astrometrie vom Hubble-Weltraumteleskop und Radialgeschwindigkeit von bodengestützten Teleskopen.
Astrometrie ist die Messung der Positionen und Bewegungen von Himmelskörpern. McArthurs Gruppe verwendete für diese Aufgabe einen der FGS (Fine Guidance Sensors) am Hubble-Teleskop. Die FGS sind so präzise, dass sie die Breite eines Viertels in Denver vom Standpunkt von Miami aus messen können. Es war diese Präzision, die verwendet wurde, um die Bewegung des Sterns am Himmel zu verfolgen, die durch seine umgebenden - und unsichtbaren - Planeten verursacht wurde.
Mit der Radialgeschwindigkeit wird die Bewegung des Sterns am Himmel zur Erde hin und von dieser weg gemessen. Diese Messungen wurden über einen Zeitraum von 14 Jahren mit bodengestützten Teleskopen durchgeführt, darunter zwei am McDonald Observatory und andere am Lick, Haute-Provence und Whipple Observatories. Die Radialgeschwindigkeit liefert eine lange Basislinie von Fundamentbeobachtungen, wodurch die kürzere, aber präzisere und vollständigere Hubble-Beobachtung die Orbitalbewegungen besser definieren konnte.
Die Tatsache, dass das Team die Umlaufbahnneigungen der Planeten c und d bestimmte, ermöglichte es ihnen, die genauen Massen der beiden Planeten zu berechnen. Die neuen Informationen sagten uns, dass unsere Ansicht, welcher Planet schwerer ist, geändert werden muss. Frühere Mindestmassen für die Planeten, die durch Radialgeschwindigkeitsstudien angegeben wurden, haben die Mindestmasse für den Planeten c auf 2 Jupiter und für den Planeten d auf 4 Jupiter festgelegt. Die neuen, exakten Massen, die durch Astrometrie gefunden wurden, sind 14 Jupiter für Planet c und 10 Jupiter für Planet d.
"Die Hubble-Daten zeigen, dass die Radialgeschwindigkeit nicht die ganze Geschichte ist", sagte Benedict. "Die Tatsache, dass die Planeten tatsächlich in Masse flatterten, war wirklich süß."
Der vierte Planet ist so weit entfernt, dass sein Signal die Krümmung seiner Umlaufbahn nicht offenbart.
Die 14 Jahre Radialgeschwindigkeitsinformationen, die vom Team zusammengestellt wurden, ergaben Hinweise darauf, dass ein vierter Planet mit langer Periode über die drei jetzt bekannten hinaus kreisen könnte. Es gibt nur Hinweise auf diesen Planeten, weil er so weit entfernt ist, dass das von ihm erzeugte Signal die Krümmung einer Umlaufbahn noch nicht offenbart. Ein weiteres fehlendes Puzzleteil ist die Neigung des innersten Planeten b, für die eine 1000-mal höhere Präzisionsastrometrie erforderlich wäre als für Hubble, ein Ziel, das durch eine für die Interferometrie optimierte zukünftige Weltraummission erreicht werden kann.
Quellen: HubbleSite, AAS-Pressekonferenz
