„James Webb“ hat zufällig einen neuen Planeten entdeckt

Der neue Planet erhielt den Namen Beta Pictoris d. Er befindet sich etwa 63 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist mindestens doppelt so massereich wie Jupiter. Dies ist bereits der dritte bekannte Planet im System des jungen Sterns Beta Pictoris.

Auf eine mögliche Bewohnbarkeit darf man jedoch nicht hoffen. Beta Pictoris d ist ein heißer Gasriese ohne feste Oberfläche. Der Wert dieser Entdeckung liegt jedoch in etwas anderem: Eine neue Methode ermöglicht es, nach Planeten zu suchen, die vor dem Hintergrund von kosmischem Staub und dem Licht ihrer Sterne kaum zu erkennen sind.

Details

Der Stern Beta Pictoris befindet sich im Sternbild Pictor. Sein Alter wird auf etwa 23 Millionen Jahre geschätzt – nach kosmischen Maßstäben ist das sehr wenig. Zum Vergleich: Die Sonne ist etwa 4,6 Milliarden Jahre alt.

Der junge Stern ist von einer großen Scheibe aus Staub, Gas und Trümmern umgeben. Es handelt sich dabei um Material, das nach der Planetenbildung übrig geblieben ist. Dank der Nähe zur Erde und der fast seitlichen Ausrichtung der Scheibe ist das System zu einer Art natürlichem Labor geworden, in dem Astronomen die Entstehung und frühe Entwicklung von Planeten untersuchen.

Bis zu dieser neuen Entdeckung waren in dem System zwei Gasriesen bekannt – Beta Pictoris b und Beta Pictoris c. Beide konnten mithilfe von Teleskopen direkt beobachtet werden. Das bedeutet, dass die Astronomen das Licht der Planeten selbst registriert haben und nicht nur deren Einfluss auf den Stern.

Die Forscher nutzten den Spektrografen NIRSpec an Bord des „James-Webb“-Teleskops, um die Atmosphäre des bereits bekannten Planeten Beta Pictoris b zu untersuchen. Das Gerät nimmt gleichzeitig ein Bild auf und zerlegt das Licht jedes Bildbereichs in einzelne Wellenlängen.

In einem Teil der Daten, in dem relativ gleichmäßiges Licht von der Staubscheibe erwartet wurde, beobachteten die Wissenschaftler eine unerwartete Abfolge von Anstiegen und Einbrüchen. Ein solches Muster wird durch Kohlenmonoxidmoleküle in der Atmosphäre des großen Planeten erzeugt. Die Autoren verglichen dies mit einem chemischen Barcode.

Anhand der Verschiebung der Spektrallinien bestimmten die Forscher die Geschwindigkeit des Objekts. Seine Position, Bewegung und Ausrichtung relativ zum Staubscheibensystem zeigten, dass es sich um einen Planeten handelt, der um Beta Pictoris kreist, und nicht um einen entfernten Stern oder einen Braunen Zwerg, der zufällig im selben Himmelsbereich zu finden war.

Nachfolgende Beobachtungen mit einem anderen Instrument des „James-Webb“-Teleskops, MIRI, ergaben Spuren von Wasserdampf und Methan in der Atmosphäre. Das Vorhandensein dieser Stoffe steht nicht im Zusammenhang mit der Möglichkeit von Leben: Wasser, Methan und Kohlenmonoxid können übliche Bestandteile der Atmosphären junger Gasriesen sein.

Nach aktuellen Schätzungen beträgt die Masse von Beta Pictoris d etwa das 2,4-Fache der Jupitermasse, und sein Radius ist um etwa 30 % größer als der des Jupiters. Die Temperatur erreicht etwa 600 Kelvin oder 325 °C. Der Planet speichert noch immer die Wärme, die nach seiner Entstehung übrig geblieben ist.

Er befindet sich in einer Entfernung von etwa 26 Astronomischen Einheiten vom Stern. Eine Astronomische Einheit entspricht dem durchschnittlichen Abstand zwischen Erde und Sonne. Befände sich Beta Pictoris d in unserem Sonnensystem, würde seine Umlaufbahn zwischen Uranus und Neptun verlaufen. Eine Umrundung des Sterns dauert etwa 91 Jahre.

Unabhängige Entdeckung

Fast zeitgleich wurde die Existenz von Beta Pictoris d von einer anderen Gruppe von Astronomen nachgewiesen. Diese nutzte das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile und entdeckte den schwach leuchtenden Planeten auf Aufnahmen des Systems.

Anschließend durchsuchten die Forscher das Archiv der Beobachtungen und stellten fest, dass das Objekt bereits seit mehr als zehn Jahren auf den Aufnahmen zu sehen war. Zuvor war es unbemerkt geblieben, da es etwa 100-mal schwächer leuchtet als Beta Pictoris b und mit dem Licht der Staubscheibe verschmilzt.

Es handelt sich somit um zwei unabhängige und sich gegenseitig ergänzende Untersuchungen. Bodengestützte Teleskope halfen dabei, die Bewegung des Planeten zu verfolgen und seine grundlegenden Eigenschaften zu bestimmen, während das „James-Webb“-Teleskop molekulare Spuren in seiner Atmosphäre nachweisen konnte. Über die Entdeckung berichteten die NASA⁠und die Europäische Südsternwarte⁠.

Warum dies wichtig ist

Beta Pictoris ist erst das zweite bekannte System, in dem es gelungen ist, mindestens drei Planeten direkt zu beobachten. Ein weiteres Beispiel hierfür ist das System um den Stern HR 8799.

Der neue Planet könnte einige Besonderheiten der den Stern umgebenden Scheibe erklären. Diese weist einen klar abgegrenzten inneren Rand sowie weitere ungewöhnliche Strukturen auf. Astronomen hatten bereits zuvor vermutet, dass diese durch die Schwerkraft eines weiteren, bislang noch nicht entdeckten Planeten entstanden sein könnten. Die Masse und die Position von Beta Pictoris d entsprechen diesem Szenario, auch wenn dies noch durch weitere Beobachtungen überprüft werden muss.

Ebenso wichtig ist die Art und Weise der Entdeckung selbst. Auf herkömmlichen Aufnahmen ist ein schwacher Planet möglicherweise nicht von einer Reflexion, einer Gerätefehlfunktion oder einem Bereich der Staubscheibe zu unterscheiden. Das Spektrum ermöglicht es, nach bestimmten Molekülen zu suchen, die für eine Planetenatmosphäre charakteristisch sind, und einen Großteil des Hintergrundlichts zu ignorieren.

Beta Pictoris d war der erste direkt beobachtete Planet, der ursprünglich hauptsächlich anhand eines Spektrums mittlerer Auflösung identifiziert wurde. In Zukunft könnte dieser Ansatz dazu beitragen, weitere Welten in jungen, staubreichen Systemen zu entdecken.

Hintergrund

Die meisten bekannten Exoplaneten lassen sich nicht getrennt von ihren Sternen beobachten. Astronomen entdecken sie indirekt – beispielsweise anhand einer leichten Abschwächung des Sternenlichts, wenn der Planet vor dem Stern vorbeizieht, oder anhand von Schwankungen des Sterns unter dem Einfluss der planetarischen Schwerkraft.

Eine direkte Beobachtung ist wesentlich schwieriger. Ein Stern kann Millionen- oder sogar Milliardenmal heller sein als die ihn umkreisenden Planeten. Am besten funktioniert diese Methode bei jungen Gasriesen, die weit von ihrem Stern entfernt sind: Sie sind noch nicht abgekühlt und strahlen weiterhin viel Wärme ab.

Beta Pictoris eignet sich besonders gut für solche Untersuchungen. Sie befindet sich vergleichsweise nahe, und ihre jungen Planeten sind im Infrarotbereich ausreichend hell. Allerdings hilft die den Stern umgebende Staubscheibe zwar dabei, die Entstehung des Systems zu untersuchen, erschwert jedoch gleichzeitig die Suche nach schwachen Objekten darin.

Die neue Entdeckung zeigt, dass selbst gut erforschte Systeme unbekannte Planeten verbergen können. Sie ermöglicht zudem den Vergleich von gleich drei Gasriesen, die sich etwa zur gleichen Zeit und aus demselben Material gebildet haben.

Quelle

Die Hauptstudie von Aidan Gibbs und seinen Kollegen „Discovery of an Exterior Third Planet Orbiting β Pictoris“wurde im Jahr 2026 in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlicht.