Exoplaneten: Zwei Planeten in einem exotischen Doppelsternsystem
Der aus einem Roten und einem Weißen Zwerg bestehende Doppelstern UZ Fornacis im südlichen Sternbild Chemischer Ofen wird möglicherweise von zwei Riesenplaneten mit jeweils mehrfacher Jupitermasse umrundet. Die Entdeckung gelang mit dem South African Large Telescope (SALT).
© SAAO (Ausschnitt)
Ein Forscherteam um Stephen Potter am South African Astronomical Observatory fand Hinweise auf zwei Planeten, die den exotischen Doppelstern UZ Fornacis im südlichen Sternbild Chemischer Ofen (lateinisch: Fornax) umkreisen. Exotisch ist dieses System deshalb, weil der Doppelstern aus zwei sehr unterschiedlichen Komponenten besteht, einem Roten Zwerg und einem Weißen Zwerg. Es ist ein ausgesprochen enges Doppelsternsystem, dessen Komponenten den gemeinsamen Schwerpunkt in rund zwei Stunden (127 Minuten) umkreisen. Es ließe sich bequem im Inneren unserer Sonne mit ihrem Durchmesser von rund 1,4 Millionen Kilometern unterbringen.
Der Doppelstern ist ein so genannter Polar, das heißt, der Weiße Zwerg besitzt ein extrem starkes Magnetfeld und hat das Doppelsternsystem in synchrone Rotation in Bezug zum Roten Zwerg gezwungen. Durch die große Nähe der beiden Komponenten reißt die starke Schwerkraft des Weißen Zwergs heißes Gas aus der Oberfläche des Roten Zwergs heraus, das entlang der Magnetfeldlinien annähernd direkt auf den Weißen Zwerg strömt und dessen Oberfläche in eng begrenzten Bereichen erreicht. Das Material wird dabei stark komprimiert, so dass es starke Röntgenstrahlung aussendet.
Von uns aus gesehen bedecken sich die beiden Komponenten regelmäßig bei ihren Umläufen um den Systemschwerpunkt. Dadurch variiert die Helligkeit des Systems periodisch. UZ Fornacis gehört zu den 15 bekannten Polaren mit regelmäßigen Verfinsterungen und wurde als Röntgenquelle mit dem ESA-Röntgensatelliten Exosat in den 1980er Jahren entdeckt. Der Weiße Zwerg hat eine Masse von 0,7 Sonnenmassen, sein roter Begleiter nur 0,14 Sonnenmassen.
Das Forscherteam untersuchte nun UZ Fornacis mit dem South African Large Telescope (SALT), einem Teleskop mit elf Meter Spiegeldurchmesser, das vor allem spektroskopischen Untersuchungen dient. Zudem werteten die Astronomen Archivdaten aus 27 Jahren aus, um das Doppelsternsystem noch besser zu charakterisieren. Unter anderem untersuchten sie die gegenseitigen Bedeckungen und stellten dabei fest, dass sich UZ Fornacis nicht exakt an das Drehbuch hält. Stattdessen weichen die periodischen Bedeckungen im Zeitraum mehrerer Jahre um bis zu 60 Sekunden von der vorhergesagten Zeit ab.
Eine Möglichkeit, diese Abweichungen der gegenseitigen Verfinsterungen zu erklären, ist die Annahme, dass UZ Fornacis von zwei massereichen Planeten umrundet wird, die durch ihre Schwerkraft die Bewegung der beiden Zwergsonnen umeinander beeinflussen. Der innere Planet umrundet den Doppelstern in einem Abstand von 2,8 Astronomischen Einheiten (die Astronomische Einheit (1 AE) ist der mittlere Abstand der Erde zur Sonne und beträgt rund 150 Millionen Kilometer) und benötigt dafür 5,3 Jahre. Er hat eine minimale Masse von 7,7 Jupitermassen. Der zweite Planet umrundet seine Zentralgestirne in einem Abstand von 5,9 AE (vergleichbar der Entfernung des Planeten Jupiter zur Sonne) und benötigt dafür rund 16 Jahre. Seine Mindestmasse liegt bei 6,3 Jupitermassen.
Allerdings stellten die Forscher fest, dass sie mit den beiden Planeten in annähernd kreisförmigen Bahnen nicht alle Abweichungen in der Periodizität von UZ Fornacis erklären können. Nimmt man dagegen an, der äußere Planet würde UZ Fornacis auf einer stark elliptischen Bahn umrunden, dann würden die Diskrepanzen verschwinden. Jedoch bemerkten die Forscher bei Modellrechnungen, dass dann das System instabil wäre und sich der äußere Planet nicht lange halten würde.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Weiße Zwerg von UZ Fornacis magnetischen Zyklen wie unsere Sonne unterworfen ist. Das starke Magnetfeld würde dann den Begleiter, den Roten Zwerg, so verformen, dass sich dessen Drehmoment ändert. Damit würde auch die Umlaufperiode um den gemeinsamen Schwerpunkt geringfügig verändert. Die Forscher halten diesen Mechanismus aber für eher unwahrscheinlich und favorisieren die Erklärung mit den beiden Planeten. Möglicherweise ist auch eine Kombination aus beiden Effekten am Werk. Das Forscherteam hält somit weitere Beobachtungen für sinnvoll, um den wahren Aufbau von UZ Fornacis aufzuklären.
Tilmann Althaus
Der Doppelstern ist ein so genannter Polar, das heißt, der Weiße Zwerg besitzt ein extrem starkes Magnetfeld und hat das Doppelsternsystem in synchrone Rotation in Bezug zum Roten Zwerg gezwungen. Durch die große Nähe der beiden Komponenten reißt die starke Schwerkraft des Weißen Zwergs heißes Gas aus der Oberfläche des Roten Zwergs heraus, das entlang der Magnetfeldlinien annähernd direkt auf den Weißen Zwerg strömt und dessen Oberfläche in eng begrenzten Bereichen erreicht. Das Material wird dabei stark komprimiert, so dass es starke Röntgenstrahlung aussendet.
Von uns aus gesehen bedecken sich die beiden Komponenten regelmäßig bei ihren Umläufen um den Systemschwerpunkt. Dadurch variiert die Helligkeit des Systems periodisch. UZ Fornacis gehört zu den 15 bekannten Polaren mit regelmäßigen Verfinsterungen und wurde als Röntgenquelle mit dem ESA-Röntgensatelliten Exosat in den 1980er Jahren entdeckt. Der Weiße Zwerg hat eine Masse von 0,7 Sonnenmassen, sein roter Begleiter nur 0,14 Sonnenmassen.
Das Forscherteam untersuchte nun UZ Fornacis mit dem South African Large Telescope (SALT), einem Teleskop mit elf Meter Spiegeldurchmesser, das vor allem spektroskopischen Untersuchungen dient. Zudem werteten die Astronomen Archivdaten aus 27 Jahren aus, um das Doppelsternsystem noch besser zu charakterisieren. Unter anderem untersuchten sie die gegenseitigen Bedeckungen und stellten dabei fest, dass sich UZ Fornacis nicht exakt an das Drehbuch hält. Stattdessen weichen die periodischen Bedeckungen im Zeitraum mehrerer Jahre um bis zu 60 Sekunden von der vorhergesagten Zeit ab.
Eine Möglichkeit, diese Abweichungen der gegenseitigen Verfinsterungen zu erklären, ist die Annahme, dass UZ Fornacis von zwei massereichen Planeten umrundet wird, die durch ihre Schwerkraft die Bewegung der beiden Zwergsonnen umeinander beeinflussen. Der innere Planet umrundet den Doppelstern in einem Abstand von 2,8 Astronomischen Einheiten (die Astronomische Einheit (1 AE) ist der mittlere Abstand der Erde zur Sonne und beträgt rund 150 Millionen Kilometer) und benötigt dafür 5,3 Jahre. Er hat eine minimale Masse von 7,7 Jupitermassen. Der zweite Planet umrundet seine Zentralgestirne in einem Abstand von 5,9 AE (vergleichbar der Entfernung des Planeten Jupiter zur Sonne) und benötigt dafür rund 16 Jahre. Seine Mindestmasse liegt bei 6,3 Jupitermassen.
Allerdings stellten die Forscher fest, dass sie mit den beiden Planeten in annähernd kreisförmigen Bahnen nicht alle Abweichungen in der Periodizität von UZ Fornacis erklären können. Nimmt man dagegen an, der äußere Planet würde UZ Fornacis auf einer stark elliptischen Bahn umrunden, dann würden die Diskrepanzen verschwinden. Jedoch bemerkten die Forscher bei Modellrechnungen, dass dann das System instabil wäre und sich der äußere Planet nicht lange halten würde.
Eine weitere Möglichkeit ist, dass der Weiße Zwerg von UZ Fornacis magnetischen Zyklen wie unsere Sonne unterworfen ist. Das starke Magnetfeld würde dann den Begleiter, den Roten Zwerg, so verformen, dass sich dessen Drehmoment ändert. Damit würde auch die Umlaufperiode um den gemeinsamen Schwerpunkt geringfügig verändert. Die Forscher halten diesen Mechanismus aber für eher unwahrscheinlich und favorisieren die Erklärung mit den beiden Planeten. Möglicherweise ist auch eine Kombination aus beiden Effekten am Werk. Das Forscherteam hält somit weitere Beobachtungen für sinnvoll, um den wahren Aufbau von UZ Fornacis aufzuklären.
Tilmann Althaus
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