Abenteuer Astronomie

Beta Pictoris: bessere Bilder fremder Planeten – mit Spektral-Trick

Der Planet des Sterns Beta Pictoris so kontrastreich wie noch nie: Unter Ausnutzung der spektralen Absorption von Molekülen in seiner Atmosphäre konnte sein Licht vom Glanz des Sterns (durch das Symbol eines solchen markiert) extrem gut getrennt werden. [Hoeijmakers et al.]

Eine neue Methode zur direkten Abbildung von Planeten anderer Sterne hat ihre Premiere erlebt: So auffällig war der Planet des Sterns Beta Pictoris noch nie zu sehen. Ausgenutzt wird die Tatsache, dass die Spektren von Planeten dank Absorption in ihren Atmosphären anders aussehen als die ihrer Sterne – deren Licht auf diese Weise mit ungekannter Effizienz subtrahiert werden kann: Damit sollten sich auch Planeten sichtbar machen lassen, die bisher im Glanz ihrer Sonnen ertrinken.

Der Lichtpunkt dicht neben Beta Pictoris war 2003 entdeckt und 2008 bekannt gegeben worden, und seit 2010 steht fest, dass es sich tatsächlich um einen Planeten des 25 Mio. Jahre jungen Sterns handelt: Er hat etwa 13 Jupitermassen (und ist damit knapp noch kein Brauner Zwerg), 1 1/2 Jupiter-Durchmesser und eine Umlaufszeit von 20 bis 26 Jahren. Und eine Temperatur von 1450°C, die er seiner Jugend verdankt: Alle bislang direkt abgebildeten Exoplaneten – vom Exoten im Orbit im Fomalhaut abgesehen – sind nur deswegen im gleißenden Schein ihrer Sterne zu erkennen, weil sie noch heiß sind und auch selber strahlen, vor allem im nahen Infraroten. Ältere Planeten sind dagegen reine Reflektoren des Sternlichts und können bislang nur mit indirekten Methoden nachgewiesen werden, aber das könnte sich dank einer neuen Technik bald ändern, die die Erfinder Molecule Mapping nennen.

Mit Hilfe von Daten – des SINFONI-Instruments am Very Large Telescope der ESO – aus dem Archiv ist die neue Technik nun an Beta Pictoris demonstriert worden: Es wird ausgenutzt, dass Moleküle in den Atmosphären von Exoplaneten in deren Spektren deutliche Absorption bei ganz bestimmten Wellenlängen verursachen. SINFONI liefert „Datenwürfel“, d.h. zu jeder (x,y)-Koordinate gibt es ein komplettes Lichtspektrum. Der Rest ist Mathematik: Alle diese Spektren werden mit Absorptionsmustern bekannter Moleküle kreuzkorreliert, und wo das besonders gut passt, wird es im resultierenden Bild hell. Im Falle von Beta Pictoris war das bei Kohlenmonoxid und Wasserdampf der Fall (Bilder oben), während bei Methan und Ammoniak keinerlei Signal am Ort des Planeten erscheint – genau wie erwartet, denn für diese Moleküle ist er schlicht noch zu heiß. Es lässt sich umgekehrt sogar die Temperatur aus dem Auftreten bzw. Fehlen diverser Molekülarten abschätzen. Sowohl das vielleicht 2019 startende James Webb Space Telescope wie das Extremely Large Telescope im nächsten Jahrzehnt dürften mit solchem Molecular Mapping ihre Sicht auf ferne Planeten erweitern können.

LINK:
Originalarbeit: https://arxiv.org/abs/1802.09721

Daniel Fischer