Bildnachweis: NASA
Ein Team von Astronomen hat eine Gruppe von Planeten gewogen, die einen Pulsar umkreisen, indem sie ihre Umlaufbahnen genau gemessen haben. Was ungewöhnlich ist, ist, dass der Abstand zwischen den Planeten fast genau mit dem Abstand von Merkur, Venus und Erde übereinstimmt - was dieses bizarre System unserem bisher entdeckten Sonnensystem am ähnlichsten macht. Der Pulsar 1257 + 12 wurde vor 13 Jahren mit dem Arecibo-Radioteleskop entdeckt.
Laut einem Team von Astronomen des California Institute of Technology und der Pennsylvania State University wurden die Planeten, die einen Pulsar umkreisen, zum ersten Mal „gewogen“, indem präzise Variationen in der Zeit gemessen wurden, die sie für die Fertigstellung einer Umlaufbahn benötigen.
Der Postdoktorand von Caltech, Maciej Konacki, und der Astronomieprofessor von Penn State, Alex Wolszczan, berichteten heute auf dem Sommertreffen der American Astronomical Society, dass Massen von zwei der drei bekannten Planeten, die einen sich schnell drehenden Pulsar umkreisen, 1.500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Jungfrau waren erfolgreich gemessen. Die Planeten sind 4,3- und 3,0-mal so groß wie die Masse der Erde, mit einem Fehler von 5 Prozent.
Die beiden gemessenen Planeten befinden sich nahezu in derselben Umlaufbahnebene. Wenn der dritte Planet mit den anderen beiden koplanar ist, ist er ungefähr doppelt so groß wie die Masse des Mondes. Diese Ergebnisse liefern überzeugende Beweise dafür, dass sich die Planeten aus einer den Pulsar umgebenden Materiescheibe entwickelt haben müssen, ähnlich wie dies für Planeten um sonnenähnliche Sterne vorgesehen ist, sagen die Forscher.
Die drei Pulsarplaneten, deren Umlaufbahnen fast genau proportional zu den Abständen zwischen Merkur, Venus und Erde sind, bilden ein Planetensystem, das dem inneren Sonnensystem erstaunlich ähnlich sieht. Sie sind eindeutig die Vorläufer aller erdähnlichen Planeten, die von zukünftigen Weltrauminterferometern wie der Space Interferometry Mission oder dem Terrestrial Planet Finder um nahegelegene sonnenähnliche Sterne entdeckt werden könnten.
"Überraschenderweise ähnelt das Planetensystem um den Pulsar 1257 + 12 mehr unserem eigenen Sonnensystem als jedes extrasolare Planetensystem, das um einen sonnenähnlichen Stern entdeckt wurde", sagte Konacki. "Dies deutet darauf hin, dass die Planetenbildung universeller ist als erwartet."
Die ersten Planeten, die einen anderen Stern als die Sonne umkreisen, wurden von Wolszczan und Frail um einen alten, sich schnell drehenden Neutronenstern, PSR B1257 + 12, während einer großen Suche nach Pulsaren entdeckt, die 1990 mit dem riesigen 305-Meter-Arecibo-Radioteleskop durchgeführt wurde. Neutronensterne sind oft als Funkpulsare zu beobachten, da sie sich als Quellen hochperiodischer, pulsartiger Funkemissionsausbrüche zeigen. Sie sind extrem kompakte und dichte Reste von Supernova-Explosionen, die den Tod massereicher, normaler Sterne markieren.
Die exquisite Präzision von Millisekunden-Pulsaren bietet eine einzigartige Gelegenheit, nach Planeten und sogar großen Asteroiden zu suchen, die den Pulsar umkreisen. Dieser Ansatz des „Pulsar-Timings“ ist analog zu dem bekannten Doppler-Effekt, der von optischen Astronomen so erfolgreich zur Identifizierung von Planeten um nahegelegene Sterne eingesetzt wird. Im Wesentlichen induziert das umlaufende Objekt eine Reflexbewegung zum Pulsar, was zu einer Störung der Ankunftszeiten der Impulse führt. Genau wie das Doppler-Verfahren ist das Pulsar-Timing-Verfahren jedoch empfindlich gegenüber Sternbewegungen entlang der Sichtlinie. Das Pulsar-Timing kann nur Schwankungen der Pulsankunftszeit erfassen, die durch ein Pulsar-Wackeln entlang derselben Linie verursacht werden. Die Folge dieser Einschränkung ist, dass man nur eine Projektion der Planetenbewegung auf die Sichtlinie messen und die wahre Größe der Umlaufbahn nicht bestimmen kann.
Kurz nach der Entdeckung der Planeten um PSR 1257 + 12 erkannten die Astronomen, dass die beiden schwereren auf messbare Weise gravitativ interagieren müssen, da ihre Umlaufzeiten von 66,5 und 98,2 Tagen nahezu 3: 2 entsprechen. Da die Größe und das genaue Muster der Störungen, die sich aus diesem nahezu resonanten Zustand ergeben, von einer gegenseitigen Ausrichtung der Planetenbahnen und von Planetenmassen abhängen, kann man diese Informationen im Prinzip aus präzisen Zeitbeobachtungen extrahieren.
Wolszczan zeigte 1994 die Machbarkeit dieses Ansatzes, indem er das Vorhandensein des vorhergesagten Störungseffekts im Timing des Planetenpulsars demonstrierte. Tatsächlich war es die erste Beobachtung eines solchen Effekts jenseits des Sonnensystems, bei der häufig Resonanzen zwischen Planeten und Planetensatelliten beobachtet werden. In den letzten Jahren haben Astronomen auch Beispiele für Gravitationswechselwirkungen zwischen Riesenplaneten um normale Sterne entdeckt.
Konacki und Wolszczan wendeten die Resonanz-Wechselwirkungstechnik auf die Mikrosekunden-Präzisions-Timing-Beobachtungen von PSR B1257 + 12 an, die zwischen 1990 und 2003 mit dem riesigen Arecibo-Radioteleskop durchgeführt wurden. In einem Artikel, der in den Astrophysical Journal Letters erscheint, zeigen sie, dass die in den Zeitdaten nachweisbare Signatur der Planetenstörung groß genug ist, um überraschend genaue Schätzungen der Massen der beiden Planeten zu erhalten, die den Pulsar umkreisen.
Die von Konacki und Wolszczan durchgeführten Messungen beseitigen die Möglichkeit, dass die Pulsarplaneten viel massereicher sind, was der Fall wäre, wenn ihre Umlaufbahnen in Bezug auf den Himmel „frontaler“ ausgerichtet wären. Tatsächlich stellen diese Ergebnisse die erste eindeutige Identifizierung erdgroßer Planeten dar, die aus einer protoplanetaren Scheibe jenseits des Sonnensystems erzeugt wurden.
Wolszczan sagte: "Dieser Befund und die bemerkenswerte Ähnlichkeit des Aussehens des Pulsarsystems mit dem inneren Sonnensystem liefern eine wichtige Richtlinie für die Planung der zukünftigen Suche nach erdähnlichen Planeten um nahegelegene Sterne."
Originalquelle: Caltech-Pressemitteilung
