Ein Team von Forscherinnen und Forschern, darunter Jana Köhler von der Thüringer Landessternwarte, hat erstmals ein Himmelsensemble entdeckt, das in dieser Art noch nicht gefunden wurde: Ein Begleiter umrundet einen Braunen Zwerg, der wiederum um einen Stern kreist. Bei dieser Entdeckung kamen das Instrument CRIRES+ und die Software "viper" zum Einsatz, an denen die Thüringer Landessternwarte maßgeblich beteiligt ist.
Diese Illustration zeigt das System um den Stern CD-35 2722 mit dem neu entdeckten mondähnlichen Objekt in der Mitte. Der Stern – die Punktquelle auf der linken Seite – besitzt etwa die halbe Masse unserer Sonne. Er wird von einem Braunen Zwerg umkreist, dem rötlich-braunen Objekt im Vordergrund (rechts). Der Braune Zwerg weist etwa die 37-fache Jupitermasse auf: zu massereich für einen Planeten, aber nicht massereich genug für eine dauerhafte Kernfusion wie bei Sternen. Dieser Braune Zwerg wird wiederum von einem neu entdeckten Objekt umkreist, das mindestens die Masse des Jupiters besitzt und in der Mitte dieses Bildes zu sehen ist. Herkunftsnachweis: ESO/M. KornmesserDer Fund ist so neu, dass es für das Himmelsobjekt noch keine definierte Bezeichnung gibt. Ein internationales Forschungsteam* hat im System CD-35 2722 einen Begleiter um einen Braunen Zwerg nachgewiesen. Der Braune Zwerg wiederum kreist um einen jungen Stern, der in diesem System das größte und massereichste Objekt ist. Das Forschungsteam unter der Leitung von Kevin Hoy, ESO-Student in Chile und Erstautor der Studie, hat dazu einen Artikel im Fachmagazin "Nature" veröffentlicht.
Braune Zwerge gelten als Zwischenstufe zwischen riesigen Gasplaneten und Sternen. Sie sind nicht massereich genug, um ein echter Stern zu werden, aber zu massereich, um als Planet zu gelten. Der Braune Zwerg CD-35 2722 B hat mehr als die 30-fache Jupitermasse. Sein Radius ist aber nur 1,5-mal größer als der des Jupiters.
Das Forschungsteam bezeichnet das mondähnliche Objekt um den Braunen Zwerg als "Exosatellit". Ob ein Begleiter um einen Braunen Zwerg als "Exomond" bezeichnet werden kann, ist noch offen, denn "Exomond" ist nicht klar definiert. Gelten nur Begleiter, die um Planeten kreisen, als Mond oder auch Begleiter, die Braune Zwerge umrunden? Bisher wurden mehr als 6.000 extrasolare Planeten (Planeten um andere Sterne als unsere Sonne) aufgespürt, aber es ist noch nicht gelungen, einen Exomond um einen extrasolaren Planeten zu finden.
Jana Köhler, Wissenschaftlerin und Software-Spezialistin an der Thüringer Landessternwarte, hat mit der Analyse der Daten einen wichtigen Beitrag zu diesem Forschungsergebnis geleistet. Köhler erklärt, warum der Nachweis des Exosatelliten um den Braunen Zwerg besonders ist: "Begleiter von Braunen Zwergen wurden bereits entdeckt. Dabei handelte es sich jedoch um isolierte Braune Zwerge und nicht, wie im vorliegenden Fall, um einen Braunen Zwerg, der um einen Stern kreist. Außerdem haben in bereits bekannten Systemen Braune Zwerge und ihre Begleiter ein ähnliches Masseverhältnis, so dass sie eher einem Doppelsternsystem gleichen." Erstmals ist es nun gelungen, einen masseärmeren Begleiter in einem Duo aus Braunen Zwerg und Stern ausfindig zu machen. Die Masse des Exosatelliten beträgt nur 2,5 Prozent der Masse des Braunen Zwergs.
Messgenauigkeit war bisher nicht gut genug
Bisher war die erforderliche Genauigkeit für solche Messungen noch nicht gegeben. Erst in der Kombination aus einem großen Teleskop – in diesem Fall das Very Large Telescope an der Paranal Sternwarte der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile –, dem Spektrografen CRIRES+ für Beobachtungen im nahen Infrarotbereich und der Datenverarbeitungs-Software viper entstand die benötigte Genauigkeit, um den Nachweis zu führen, dass der Braune Zwerg einen Begleiter hat.
"Braune Zwerge leuchten im nahen Infrarot viel stärker als im optischen Wellenlängenbereich. Darüber hinaus verfügt das Very Large Telescope über eine sehr hohe Auflösung. Deswegen war der Infrarot-Spektrograf CRIRES+ am Very Large Telescope genau das richtige Instrument, um den Braunen Zwerg getrennt von seinem Stern beobachten zu können", führt Köhler aus. Die Thüringer Landessternwarte war am Bau des Spektrografen CRIRES+ beteiligt.
Die Stärke der Software viper (Velocity and IP EstimatoR) wiederum liegt in der Fähigkeit, die instrumentellen Schwankungen und die tellurischen Absorptionslinien der Erdatmosphäre zu korrigieren. Tellurische Linien sind Absorptionslinien im Beobachtungsspektrum, die durch Moleküle in der Erdatmosphäre verursacht werden. Sie stammen nicht vom beobachteten Himmelsobjekt und müssen bei Beobachtungen "herausgerechnet" werden. "Der Umgang mit diesen tellurischen Linien stellt bei allen Beobachtungen im nahen Infrarot eine große Herausforderung dar. viper bietet hierfür eine einfache und schnelle Lösung und ermöglicht so die hochgenaue Messung von Radialgeschwindigkeiten", erläutert Köhler.
Bei Radialgeschwindigkeitsmessungen wird die regelmäßige Verschiebung von Absorptionslinien des Sterns erfasst. Daraus lassen sich Rückschlüsse ziehen, ob ein Himmelsobjekt einen Begleiter hat.
Begleiter umrundet den Braunen Zwerg in 170 Tagen
Das Forschungsteam untersuchte den neu entdeckten Begleiter des Braunen Zwergs genauer. Er benötigt etwa 170 Tage, um den Braunen Zwerg in einem Abstand von 0,2 Astronomische Einheiten zu umkreisen. Als Astronomische Einheit wird der Abstand zwischen Sonne und Erde bezeichnet. Die Masse des Exosatelliten beträgt ungefähr 0,9 Jupitermassen.
Die Entdeckung dieses Exosatelliten wird die Exoplanetenforschung voranbringen. Es gibt bereits eine Reihe von Theorien zur Entstehung von Planeten. Beobachtungen wie der nun vorgestellte Exosatellit können dazu beitragen, diese Modelle zu untermauern und zu verfeinern. Das Forschungsergebnis "Planetary-Mass Exosatellite Detected Around a Star’s Substellar Companion" ist in der Fachzeitschrift "Nature" erschienen.
* Das Team setzt sich zusammen aus K. Hoy (Instituto de Estudios Astrofísicos, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile [Diego Portales]; Europäische Südsternwarte, Chile [ESO Chile]; Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons, Chile [YEMS]), A. Zurlo (Diego Portales; YEMS), P. A. Peña R. (Diego Portales; Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines, Chile [CATA]), J. Köhler (TLS Tautenburg, Deutschland), S. Desidera (INAF Osservatorio Astronomico di Padova, Italien [INAF Padova]), R. Gratton (INAF Padova), C. Lazzoni (INAF Padova; YEMS), S. Petrus (NASA Goddard Space Flight Center, USA; YEMS), F. Rodler (ESO Chile), J. Smoker (ESO Chile), V. D’Orazi (Department of Physics, University of Rome Tor Vergata, Italien; INAF Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), I. Carleo (INAF Padova) und I. Giovannini (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova, Italien; Diego Portales; INAF Padova; YEMS).
Über die Thüringer Landessternwarte
Die Thüringer Landessternwarte Tautenburg (TLS) ist eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung des Freistaats Thüringen. Mit ihrem 2-Meter-Alfred-Jensch-Teleskop für die Beobachtung im optischen Spektralbereich, einer Station des europäischen Radioteleskops Low Frequency Array (LOFAR) und dem Tautenburger Sonnenlabor TauSoL betreibt sie Grundlagenforschung in Astrophysik. Die Astronominnen und Astronomen der TLS beobachten zudem an internationalen Großteleskopen weltweit.
www.tls-tautenburg.de
Links:
Fachartikel in "Nature” (kostenpflichtig): "Planetary-Mass Exosatellite Detected Around a Star’s Substellar Companion”
Fachartikel "Satellite Detected Around a Star’s Substellar Companion”
Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte ESO mit Bildmaterial