Die meisten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems werden mit der so genannten Dopplermethode entdeckt. Diese beruht darauf, dass das Licht eines Sterns, der von einem Planeten umkreist wird, eine Wellenlängenverschiebung erfährt, da sich beide um den gemeinsamen Schwerpunkt bewegen. Daher wackelt das Gestirn von der Erde aus gesehen mit bis zu 60 Zentimetern pro Sekunde vor und zurück. Der Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn der Wandelstern sehr eng und somit schnell um seine Sonne läuft und wenn er eine große Masse besitzt. Mit den bisherigen Spektrografen können deshalb nur Himmelskörper aufgespürt werden, die mindestens die fünffache Erdmasse haben und auf einem Orbit wie dem des Merkur um ihre Heimatsterne laufen.

Chih-Hao Li und seine Kollegen in Cambridge, USA – darunter die Deutschen Franz Kärtner und Peter Fendel –, haben jetzt die Fähigkeiten bestehender Instrumente durch den Einsatz eines Titan-Saphir-Femtosekundenlaser entscheidend verbessert. Dieser kann eine Vielzahl von Emissionslinien im roten und nahen Infrarotbereich des Spektrums erzeugen, die untereinander den gleichen Abstand in ihrer Frequenz aufweisen, daher der Begriff Laser-Kamm. Mit den Linien dieses Kamms als Referenz, die dem Spektrum eines fernen Sterns überlagert werden, lassen sich sogar noch Bewegungen von einem Zentimeter pro Sekunde messen. Das ist fünfmal besser, als es für das Aufspüren unseres Heimatplaneten von einem anderen Sonnensystem aus notwendig wäre.

„Die Methode geht auf Pionierarbeiten von Theodor Hänsch und John Hall zurück, die dafür 2005 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurden,“ erläutert Franz Kärtner, dessen Arbeitsgruppe am Elektronik-Forschungslabor des Massachusetts Institute of Technology (MIT) den Laser-Kamm beisteuert. „Der Einsatz in der Astrophysik erlaubt hochauflösende Laserspektroskopie, mit der wir Aufschluss über das Vorhandensein von Dunkler Materie oder Exoplaneten in fernen Sternsystemen gewinnen können,“ so Kärtner weiter.

„Im Mai werden wir einen Astro-Kamm am Multiple Mirror Telescope (MMT) auf dem Mount Hopkins in Arizona installieren, um damit den dortigen Spektrografen zu kalibrieren, der insbesondere nach Dunkler Materie in Kugelsternhaufen suchen soll,“ erklärt Li. Ein bis zwei Jahre später „liefern wir einen weiteren für den Harps-Nef-Detektor, der am William Herschel Telescope angebracht wird, um nach erdähnlichen Planeten zu fahnden,“ fährt Li fort. Ein weiteres astronomisches Einsatzgebiet für Laser-Kämme wäre die Kosmologie: So wäre es möglich, in erheblich kürzerer Zeit die abnehmende Geschwindigkeit der Expansion des frühen Universums präzise zu vermessen. Sollte die neue Methode tatsächlich halten, was sie verspricht, würde das wirklich eine kleine Revolution bedeuten, nicht nur für die Suche nach Exoplaneten, sondern für die gesamte astrophysikalische Spektroskopie.

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