Eine neue Methode zum Auffinden von Exoplaneten in Doppelsternsystemen

Illustration des Doppelsternsystems Kepler-47 mit seinen drei Planeten. (Credits: NASA / JPL Caltech / T. Pyle)
Illustration des Doppelsternsystems Kepler-47 mit seinen drei Planeten. (Credits: NASA / JPL Caltech / T. Pyle)

Eine neue Technik, die von dem Astronomen Nader Haghighipour an der University of Hawaii mitentwickelt wurde, hat es Wissenschaftlern ermöglicht, den Transit eines Exoplaneten vor zwei Sternen schnell zu entdecken.

Diese Objekte werden als zirkumbinäre Exoplaneten bezeichnet und umkreisen ein Sternenpaar. Über Jahre hinweg gehörten diese Exoplaneten in den Bereich der Science Fiction, etwa Tatooine in Star Wars. Dank der erfolgreichen planetenjagenden NASA-Missionen Kepler und TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) hat ein Astronomenteam mit Beteiligung von Hahghighipour bislang 14 solche Himmelskörper gefunden.

Kepler und TESS registrieren Exoplaneten mit der Transitmethode, bei der Astronomen die winzige Helligkeitsabschwächung eines Sterns messen, während ein Exoplanet vor ihm vorbeizieht und einen Teil des Sternenlichts blockiert. Normalerweise müssen Astronomen mindestens drei solcher Transits beobachten, um die Umlaufbahn des Exoplaneten zu bestimmen. Das wird anspruchsvoll, wenn es zwei Zentralsterne gibt.

„Der Nachweis von zirkumbinären Exoplaneten ist viel komplizierter als das Aufspüren von Exoplaneten, die nur einen einzigen Zentralstern umkreisen. Wenn ein Exoplanet ein Doppelsternsystem umkreist, treten die Transits vor demselben Stern nicht in gleichmäßigen Intervallen auf“, erklärte Haghighipour. „Der Exoplanet könnte vor einem Stern vorbeiziehen und dann vor dem anderen, bevor er wieder vor dem ersten Stern vorbeizieht, und so weiter.“

Dazu kommt noch, dass die Orbitalperioden von zirkumbinären Exoplaneten immer viel länger sind als die Orbitalperioden des Doppelsterns. Das bedeutet, dass die Wissenschaftler den Doppelstern für eine lange Zeit beobachten müssen, um drei Transits zu registrieren. Obwohl das mit dem Weltraumteleskop Kepler kein Problem war (es beobachtete 3,5 Jahre lang nur einen Ausschnitt des Himmels), ist ein solcher Nachweis von zirkumbinären Exoplaneten für TESS eine Herausforderung, weil TESS nur 27 Tage lang einen Himmelsausschnitt beobachtet, bevor es sich auf den nächsten ausrichtet. Das macht es unmöglich, mit TESS drei Transits eines Exoplaneten zu registrieren.

Im Jahr 2020 fanden Haghighipour und sein Team eine Möglichkeit, um diese Begrenzung zu umgehen. In einem Artikel im Astronomical Journal beschrieben sie eine neue Technik, die es ihnen erlauben würde, zirkumbinäre Exoplaneten mit TESS zu registrieren, solange der Exoplanet innerhalb des 27 Tage langen Beobachtungsfensters vor seinen beiden Zentralsternen vorbeizieht.

Jetzt hat dasselbe Astronomenteam tatsächlich den ersten zirkumbinären Exoplaneten in den TESS-Daten entdeckt und demonstriert, dass die Technik funktioniert. Das Ziel trägt die Katalogbezeichnung TIC 172900988 und wurde von TESS in einem einzigen Sektor beobachtet, wobei seine Lichtkurve Anzeichen für zwei Transits zeigte – einen vor jedem Stern. Die Transits hatten einen zeitlichen Abstand von nur fünf Tagen.

„Die Umlaufszeit dieses Exoplaneten beträgt fast 200 Tage. Mit der traditionellen Transitmethode hätten wir mehr als ein Jahr warten müssen, um zwei weitere Transits zu registrieren. Unsere neue Technik reduzierte diese Zeitspanne auf nur fünf Tage. Das zeigt, dass TESS trotz des kurzen Beobachtungsfensters verwendet werden kann, um zirkumbinäre Exoplaneten zu entdecken. Der neue Exoplanet ist der Beweis für die Gültigkeit, Anwendbarkeit und den Erfolg unserer Technik“, sagte Haghighipour, der Gründer der TESS Circumbinary Planet Working Group. „Diese Entdeckung demonstriert, dass unsere neue Technik funktioniert und in der Lage sein wird, viele weitere Exoplaneten zu finden.“

Die Entdeckung des ersten zirkumbinären Exoplaneten mit TESS und dieser neuen Technik erscheint im Astrophysical Journal. Haghighipour ist einer der Co-Autoren. Der Hauptautor ist Veselin B. Kostov vom Goddard Space Flight Center der NASA. Das SETI Institute und die GSFC Sellers Exoplanet Environments Collaboration wirkten ebenfalls an der Studie mit. Die Finanzierung für diese Arbeit wurde teilweise von der NASA bereitgestellt.

Quelle

(THK)

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