Wie sich Exoplaneten in Mehrfach-Systemen entwickeln

In den Roman „Die drei Sonnen“ spielt eine Zivilisation eine wichtige Rolle, die in einem System mit drei Sternen entstanden ist. Das hat für ihren Planeten dramatische Folgen, die ich nicht weiter spoilern will. Ich musste aber daran denken, als ich durch eine Pressemitteilung von einer Forschungsarbeit an der Universität Jena gelesen habe. Der Astrophysiker Dr. Markus Mugrauer hat dort 1300 bekannte Sternsysteme mit Exoplaneten daraufhin untersucht, wie viele Sterne es in ihnen gibt. Dazu hat er aktuellste Daten der ESA-Mission Gaia benutzt.

Eine clevere Herangehensweise, die zudem ein paar interessante Erkenntnisse darüber gebracht, wie sich die Existenz mehrerer Sterne in einem System auf die Entwicklung von Planeten auswirkt. In unserem Sonnensystem etwa hätte die Existenz einer zweiten Sonne zweifellos ziemlich fatale Auswirkungen.

„Mehrfachsternsysteme kommen in unserer Milchstraße sehr häufig vor“, erklärt Dr. Markus Mugrauer. „Wenn solche Systeme Planeten besitzen, so sind sie für die Astrophysik von besonderem Interesse, weil sich die Planetensysteme darin fundamental von unserem Sonnensystem unterscheiden können.“ So fand Mugrauer in den untersuchten Planetensystemen insgesamt 200 Begleitsterne. Bei den meisten Systemen handelt es sich um Doppelsterne. Der Forscher fand aber auch zwei Dutzend Dreifach-Systeme und sogar ein Vierfach-System. Planetensysteme weisen allerdings nur halb so häufig Begleitsterne auf wie im Mittel, und die Begleitsterne kreisen zudem deutlich weiter vom Zentralgestirn entfernt.

„Beides zusammen könnte darauf hinweisen, dass der Einfluss mehrerer Sterne in einem Sternsystem den Entstehungsprozess von Planeten sowie die weitere Entwicklung ihrer Umlaufbahnen stört“, so Mugrauer. Ursache dafür sei zunächst die gravitative Wechselwirkung der Begleitsterne auf die Gas- und Staubscheiben, in denen Planeten entstehen. Später stören dann die Begleitsterne durch ihr Schwerefeld die Bewegung der Planeten um ihre Muttersterne herum.

Insgesamt fand Mugrauer bei seiner Untersuchung eine erstaunliche Variabilität. Mal waren beide Sterne nur 20 Astronomische Einheiten (etwa Entfernung Sonne-Uranus) voneinander entfernt, dann wieder 9000 AE. Die schwersten Begleitsterne hatten 1,4 Sonnenmassen, die leichtesten nur acht Prozent der Masse der Sonne. Bei den meisten handelte es sich um Rote Zwerge, aber auch einige Weiße Zwerge waren darunter, die Überbleibsel eines ausgebrannten Sterns. Das zeigt, dass Planeten auch den Untergang eines Sterns in ihrer Nähe überleben können.

Ein Dreifachsternsystem, ca. 800 Lichtjahre entfernt von der Erde im Sternbild Löwe, mit dem Planetenmutterstern K2-27 (linker heller Stern). Die Aufnahme ist ein RGB-Kompositbild, das mit PanSTARRS im y- (960 nm), i- (760 nm), und g-Band (480 nm) aufgenommen wurde. Rechts davon ist der erste Begleitstern (A) deutlich zu erkennen. Knapp unterhalb von K2-27 findet sich der schwach rötlich leuchtende zweite Begleitstern (C). (Foto: Mugrauer, PanSTARRS)
Diese Bilder zeigen einige der Planetenmuttersterne mit stellaren Begleitern (B, C), die im Rahmen des Projekts gefunden wurden. Die Aufnahmen sind RGB-Kompositbilder, die mit dem Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (PanSTARRS) im y- (960 nm), i- (760 nm), und g-Band (480 nm) aufgenommen wurden. Auf dem Bild in der Mitte ist ein hierarchisches Dreifachsternsystem zu erkennen. (Foto: Mugrauer, PanSTARRS)
HIP116454 ist ein Planetenmutterstern im Sternbild Fische und befindet sich ca. 200 Lichtjahre von der Erde entfernt. Er wird von einem wesentlich leuchtschwächeren Weißen Zwerg (B) begleitet. Die Aufnahme ist ein RGB-Kompositbild, zusammengesetzt aus Aufnahmen, die im i- (760 nm), r- (620 nm) und g-Band (480 nm) im Rahmen des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) aufgenommen wurden. (Foto: Mugrauer, SDSS)
Das Dreifachsternsystem Alpha Centauri am Himmel des nächstgelegenen Exoplaneten Proxima Centauri b. (Bild: ESO/M. Kornmesser)

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