Der direkte Bildnachweis von extrasolaren Planeten und die wissenschaftliche Untersuchung neu entstehender Planetensysteme in Staubscheiben um andere Sterne zählen zu den größten Herausforderungen der beobachtenden Astronomie. Zum einen sind die Winkelabstände solcher Planeten von ihrem Mutterstern wegen ihrer großen Entfernung von uns extrem klein. Bereits in einer nach kosmischen Maßstäben geringen Entfernung von nur etwa 30 Lichtjahren (rund 300 Billionen Kilometer) hätten ein Stern und ein Planet wie Sonne und Erde einen Winkelabstand von nur einer Zehntel Bogensekunde.

Beide Himmelskörper als Einzelobjekte abzubilden entspricht der Aufgabe, zwei direkt nebeneinander platzierte Euromünzen aus einer Entfernung von etwa 40 Kilometern als Einzelmünzen auf einem Foto sichtbar zu machen. Doch die weit größere Herausforderung ist, diese Aufgabe sogar zu lösen, obwohl der Helligkeitskontrast zwischen beiden Objekten in die Millionen geht – das heißt man müsste in unserem Vergleich die beiden Münzen jeweils durch einen Flutlichtscheinwerfer und ein Glühwürmchen ersetzen.

Vor einigen Tagen wurden mit SPHERE, dem Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research am VLT der ESO auf dem Paranal-Observatorium in Chile die ersten Testbeobachtungen in den verschiedenen Betriebsmodi des Instruments durchgeführt. So gelang unter anderem auf Anhieb eine ausgezeichnete Aufnahme vom Staubring um den nahen Stern HR 4796A. Die außergewöhnliche Klarheit des Rings illustriert auch, wie gut SPHERE das Leuchten des hellen Sterns in der Bildmitte unterdrücken kann.

Markus Feldt vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Co-Projektleiter von SPHERE ist begeistert: "Bei einem derart komplizierten Zusammenspiel verschiedener Techniken müssen instrumentelle Artefakte mit höchster Sorgfalt herauskalibriert werden. Es ist umwerfend zu sehen, dass unser doch recht komplexer Satz an Hard- und Softwarewerkzeugen gleich beim ersten Versuch nahezu fehlerfrei funktioniert hat!"

Das Instrument, das mit seinen drei Haupmessinstrumenten Polarimeter, Kamera und Feldspektrograf im Infrarotlicht arbeitet, vereint mehrere technische Verfahren, um den höchstmöglichen Kontrast bei der direkten Beobachtung von Exoplaneten und Staubscheiben um andere Sterne zu erzielen. Um so die Überstrahlung dieser leuchtschwachen Objekte in unmittelbarer Nähe des blendend hellen Sterns zu überwinden, kommt ein "Extremes adaptives Optiksystem" zum Einsatz. Mit ihm können in Echtzeit die auflösungsmindernden Turbulenzen der Erdatmosphäre wie zum Beispiel das Sternfunkeln korrigiert werden. Hinzu kommt ein Ensemble von Koronografen, mit denen das Licht des hellen Muttersterns abgeblendet wird. Schließlich wird noch eine als "Differenzielle Bildgebung" bezeichnete Methode verwendet, um besonders schwache reale Strukturen, beispielsweise einen Exoplaneten, von restlichen Streulichteffekten besser zu trennen.

SPHERE könnte die Erforschung von Exoplaneten und zirkumstellaren Scheiben revolutionieren. "Entscheidend für ein besseres Verständnis der Entstehung, Dynamik und Entwicklung von Planetensystemen ist, genau zu bestimmen, welche Massen bei Planeten vorkommen können, wie sich die Abstände von Planeten um ihren Mutterstern verteilen und mit der Zeit verändern, und welche Eigenschaften die Umlaufbahnen von Planeten haben", so Thomas Henning, Direktor am MPIA und Co-Investigator von SPHERE.

Hier treffen Modellrechnungen konkrete Vorhersagen, die anhand von direkten Beobachtungen überprüft werden können – beispielweise über bevorzugte Abstände von ihrem Mutterstern, bei denen jupiterähnliche Gasplaneten gehäuft entstehen sollten. Und so sollen mit SPHERE unter anderem große Gasriesen auf Umlaufbahnen um nahegelegene Sterne durch direkte Abbildung entdeckt und charakterisiert werden.

MPIA / Red.