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8.07.2016
Imagine a world where three "suns" set one after another on some evenings, but at other times of the year there is always daylight. That is what it would be like on HD 131399Ab, which is a newly discovered planet four times as massive as Jupiter that orbits in a system of three stars. Spotted by an international team of astronomers using the SPHERE instrument on the Very Large Telescope in Chile, its very existence challenges current theories of how planetary systems form and evolve.
Astronomers have discovered more than 3000 planets orbiting stars other than the Sun, and the nearby universe is expected to harbour vast numbers of such extrasolar planets (exoplanets). So far, the exoplanets that we know about range from rocky bodies several times more massive than Earth to gas giants that dwarf Jupiter. HD 131399Ab is the first exoplanet to be discovered by the European Southern Observatory's SPHERE instrument, which saw first light in 2014 and is designed to detect the extremely faint infrared light coming directly from distant exoplanets. Detecting light from an exoplanet is an extraordinary difficult task, which is why most earlier discoveries of exoplanets were made by measuring their effect on light from their companion stars.
HD 131399Ab was spotted by Kevin Wagner and Daniel Apai of the University of Arizona, along with astronomers in the US, Germany and France. The team was astounded to find the planet in a very wide orbit around one of the stars (called A), with the two bodies separated by about 50 astronomical units (AU). This is a much larger orbit than any planet in the solar system – the furthest Neptune gets from the Sun is about 30 AU. The other two stars (B and C) are bound together in a binary system that is about 300 AU from A. Star A is the largest in the system, weighing in at about 1.8 solar masses, whereas B is slightly smaller than the Sun and C is about 0.6 solar masses. The system is about 300 light-years away from Earth.
Stable or unstable?
HD 131399Ab's very wide orbit around A – which the team has calculated takes 550 Earth years to complete – came as a big surprise because astronomers had believed that such an orbit in a three-star system would be unstable. The team created a computer model of the system to try to understand why it holds together. "Our computer simulations showed that this type of orbit can be stable; but if you change things around just a little bit, it can become unstable very quickly," explains Apai. The team also believes that the exoplanet may not have formed in its current orbit. One possibility is that HD 131399Ab once circled two stars but its orbit was disrupted by gravitational interactions with another unseen exoplanet or with the stars in the system.
Although the simulations do not provide a complete description of the motions of the exoplanet and its three stars, it gives enough information for Wagner to paint a vivid picture of one possible scenario. "For about half of the planet's orbit, which lasts 550 Earth years, three stars are visible in the sky; the fainter two are always much closer together, and change in apparent separation from the brightest star throughout the year," he says. "For much of the planet's year, the stars appear close together, giving it a familiar night-side and day-side, with a unique triple sunset and sunrise each day."
Midnight sun
Wagner explains, however, that this day–night cycle does not last for the entire HD 131399Ab year. "As the planet orbits and the stars grow further apart each day, they reach a point where the setting of one coincides with the rising of the other – at which point the planet is in near-constant daytime for about one-quarter of its orbit, or roughly 140 Earth years," he says.
Despite the huge distance between HD 131399Ab and star A, the temperature on the surface of the planet is expected to be about 850 K (580 °C) despite being so far from its star. This could be related to the exoplanet's youth – it is estimated to be just 16 million years old. In comparison, the Earth has been around for about 4.5 billion years.
"It is not clear how this planet ended up on its wide orbit in this extreme system, and we can't say yet what this means for our broader understanding of the types of planetary systems out there, but it shows there is more variety out there than many would have deemed possible," Wagner says. "What we do know is that planets in multi-star systems are much less explored, and potentially just as numerous as planets in single-star systems."
Quelle: physicsworld
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Update: 11.07.2016
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Ein erstaunlicher Planet mit drei Sonnen
Einem Astronomenteam ist es gelungen, erstmals einen Planeten in einer weiten Umlaufbahn innerhalb eines Dreifachsternsystems abzubilden. Bisher ging man davon aus, dass die Umlaufbahn eines solchen Planeten instabil wäre, so dass ein Planet schnell aus so einem System herausgeschleudert werden würde. Irgendwie schaffte es dieser Planet jedoch zu überleben. Diese unerwartete Beobachtung, die mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO gemacht wurde, legt nahe, dass solche Systeme tatsächlich häufiger vorkommen könnten als bisher gedacht.
Luke Skywalkers Heimatplanet in der Star-Wars-Saga, Tatooine, ist eine seltsame Welt mit zwei Sonnen am Himmel. Astronomen haben jetzt einen Planeten in einem noch exotischeren System entdeckt, auf dem ein Beobachter je nach Jahreszeit entweder durchgehendes Sonnenlicht oder pro Tag drei Sonnenauf- und Sonnenuntergänge genießen könnte. Eine Jahreszeit dauert auf diesem Planeten jedoch länger als ein gesamtes menschliches Leben.
Entdeckt wurde diese ungewöhnliche Welt von einem Astronomenteam unter der Leitung der University of Arizona in den USA am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile mit dem Verfahren der direkten Abbildung. Der Planet mit dem Namen HD 131399Ab [1] unterscheidet sich von jedem anderen bisher entdeckten Planeten – er besitzt mit Abstand die größte bekannte Umlaufbahn innerhalb eines Mehrfachsternsystems. Solche Umlaufbahnen sind durch die komplexe und sich ständig ändernde gravitative Anziehung der anderen zwei Sterne im System oftmals instabil. Man ging deshalb bisher davon aus, dass Planeten in stabilen Umlaufbahnen sehr unwahrscheinlich sind.
HD 131399Ab befindet sich etwa 320 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Zentaur (lat. Centaurus) und ist etwa 16 Millionen Jahre alt. Damit ist er auch einer der jüngsten bisher entdeckten Planeten und einer der wenigen, die direkt abgebildet werden konnten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kühlsten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten.
„HD 131399Ab ist einer der wenigen Exoplaneten, die direkt abgebildet werden konnten und der erste in solch einer interessanten dynamischen Konstellation“, meint Daniel Apai von der University of Arizona in den USA, einer der Koautoren des neuen Fachartikels, in dem die Entdeckung präsentiert wird.
„Für etwa die Hälfte der Umlaufbahn des Planeten, die 550 Erdjahre dauert, sind drei Sterne am Himmel sichtbar; die lichtschwächeren zwei sind stets näher beieinander und verändern ihre scheinbare räumliche Trennung während des Jahres“, fügt Kevin Wagner, der Erstautor des Fachartikels und Entdecker von HD 131399Ab [2] hinzu.
Kevin Wagner ist Doktorand an der University of Arizona und identifizierte den Planeten unter Hunderten von Planeten-Kandidaten. Er leitete auch die Nachbeobachtungen, um die außergewöhnlichen Eigenschaften zu überprüfen.
Gleichzeitig handelt es sich auch um den ersten Exoplaneten, der mit dem SPHERE-Instrument am VLT entdeckt wurde. Durch die Empfindlichkeit von SPHERE im Infrarotbereich war es auch möglich, die charakteristischen Eigenschaften von jungen Planeten in diesem Wellenlängenbereich nachzuweisen. Dafür war jedoch ausgeklügelte Instrumententechnik vonnöten, die zum einen Störungen durch die Erdatmosphäre korrigiert, zum anderen aber auch das ansonsten blendende Licht der Muttersterne blockiert.
Auch wenn noch mehrere Langzeitbeobachtungen notwendig sind, um die Umlaufbahn um die Muttersterne genau zu bestimmen, scheinen Beobachtungen und Simulationen das folgende Szenario nahezulegen: Der hellste Stern wird als um 80 Prozent massereicher als die Sonne geschätzt und wird deshalb als HD 131399A bezeichnet, der selbst von den weniger massereichen Sternen, B und C, in einer Entfernung von etwa 300 AE (eine AE, oder Astronomische Einheit, entspricht der durchschnittlichen Entfernung der Erde zur Sonne) umkreist wird. Dabei umkreisen sich B und C gegenseitig wie eine sich drehende Hantel in einer Entfernung, die in etwa der von Sonne und Saturn (10 AE) entspricht.
In diesem Szenario umkreist der Planet HD 131399Ab den Stern A in einer Entfernung von etwa 80 AE, das entspricht etwa der zweifachen Umlaufbahn des Pluto im Sonnensystem. Dabei erreicht der Planet bis zu einem Drittel der Distanz zwischen A und dem B/C-Doppelstern. Die Autoren betonen, dass eine ganze Reihe an orbitalen Szenarien möglich ist und dass ein Urteil darüber, ob das System auf Dauer stabil bleibt, erst möglich ist, wenn mit bereits geplanten Folgebeobachtungen die Umlaufbahn des Planeten genauer untersucht wurde.
„Wenn der Planet vom massereichsten Stern im System weiter entfernt wäre, würde er aus dem System gestoßen werden“, erklärt Apai. „Unsere Computersimulationen haben gezeigt, dass diese Art der Umlaufbahn stabil sein kann. Wenn man jedoch nur eine Kleinigkeit ändert, kann sie sehr schnell instabil werden.“
Planeten in Mehrfachsternensystemen sind für Astronomen und Planetenforscher von besonderem Interesse, da sie ein Beispiel dafür liefern, wie der Mechanismus der Planetenentstehung in diesen extremeren Szenarien abläuft. Zwar erscheint uns ein solches Mehrfachsternsystem angesichts unserer Umlaufbahn um einen einzelnen Stern sehr fremd, in Wirklichkeit sind solche Systeme aber genauso gewöhnlich wie einzelne Sterne.
„Es ist nicht klar, wie der Planet in diesem extremen System auf seine weite Umlaufbahn gelangte, und wir können noch nicht sagen, was das für unser weiteres Verständnis solcher Arten von Planetensystemen bedeutet, aber es zeigt, dass die Vielfalt da draußen doch größer ist, als man es bisher für möglich gehalten hat“, schließt Kevin Wagner abschließend. „Was wir wissen ist, dass Planeten in Mehrfachsystem zwar deutlich seltener untersucht wurden, möglicherweise aber genauso häufig vorkommen wie Planeten in Einzelsternsystemen.“
Endnoten
[1] Die drei Komponenten des Dreifachsternsystems werden, in Reihenfolge ihrer abnehmenden Helligkeiten, als HD 131399A, HD 131399B bzw. HD 131399C bezeichnet. Daher ist der Name des Planeten, der den hellsten Stern umkreist, HD 131399Ab.
[2] Für einen Großteil des Planetenjahres würden die Sterne am Himmel nah beieinanderstehen, sodass es eine uns vertraute Tag- und Nachtseite gibt, allerdings jeden Tag mit einem einzigartigen dreifachen Sonnenauf-, bzw. Sonnenuntergang. Während der Planet sich auf seiner Umlaufbahn weiterbewegt, entfernen sich die Sterne jeden Tag etwas weiter, bis der Untergang eines Sterns mit dem Aufgang eines anderen zusammenfällt – an diesem Punkt herrscht für etwa ein Vierteil der Umlaufbahn, das entspricht etwa 140 Erdjahren, auf dem Planeten nur noch Tag.
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SPHERE-Beobachtungen des Planeten HD 131399Ab
Diese beschriftete, zusammengesetzte Aufnahme zeigt den neu entdeckten Exoplaneten HD 131399Ab im Dreifachsternsystem HD 131399. Das Bild des Planeten wurde mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile aufgenommen. Hierbei handelt es sich sowohl um den ersten mit SPHERE entdeckten Exoplaneten, als auch um einen der wenigen direkt abgebildeten Planeten. Mit einer Temperatur von etwa 580°C und einer geschätzten Masse von vier Jupitermassen ist er auch einer der kältesten und am wenigsten massereichen direkt abgebildeten Exoplaneten.
Dieses Bild wurde aus zwei einzelnen SPHERE-Bildern erstellt. Eines wurde aufgenommen, um die drei Sterne abzubilden und das andere, um den lichtschwachen Planeten zu entdecken. Der Planet erscheint in diesem Bild um einiges heller, als er im Vergleich zu den Sternen in Wirklichkeit wäre.
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Der Dreifachstern HD 131399 im Sternbild Zentaur
Diese Karte zeigt die Position des Dreifachsterns HD 131399 im großen südlichen Sternbild Zentaur (lat. Centaurus). Dieser Stern, dessen hellste Komponente von dem einzigartigen Planeten HD 131399Ab umkreist wird, ist zu lichtschwach, um mit dem bloßen Auge gesehen zu werden, kann jedoch mit dem Fernglas beobachtet werden.
Quelle: ESO
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