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Exoplanet

Linsen-Effekt deckt kleinen Vagabunden auf

Die Dauer eines Mikrolinsen-Ereignisses und die Verzerrung des Hintergrund-Sterns ermöglichen Rückschlüsse auf die Masse eines vorbeiziehenden Einzelgänger-Planeten. (Bild: Jan Skowron, Astronomisches Observatorium/ Universität Warschau)

An keinen Stern gebunden, wandert er durchs All: Mithilfe eines Gravitationslinsen-Effekts haben Forscher den kleinsten bisher bekannten Einzelgänger-Planeten aufgespürt. Der Himmelskörper ist etwas kleiner als die Erde und wandert frei durch die Milchstraße, geht aus den Daten hervor. Der Planet verriet sich durch den sogenannten Mikrolinseneffekt seiner Schwerkraft, als er vor einem Stern vorbeizog. Die Forscher vermuten, dass es viele solcher kleinen Vagabunden im All geben könnte.

Tausende von Exoplaneten sind Astronomen mittlerweile ins Netz gegangen. Darunter sind einige ungewöhnliche Exemplare – in der Regel haben sie allerdings eines gemeinsam: Sie umkreisen Sterne so wie die Erde die Sonne. Doch es gibt Ausnahmen, wie frühere Untersuchungen bereits gezeigt haben: Es gibt Planeten, die gravitativ nicht an einen Stern gebunden sind. Aus Modellen geht hervor, dass bestimmte Konstellationen und Schwerkrafteffekte Planeten aus ihren Sternsystemen bugsieren können, sodass sie sich anschließend frei durchs All bewegen. Bisher konnten Astronomen allerdings nur sehr wenige dieser kosmischen Einzelgänger tatsächlich nachweisen.

Mikrolinseneffekt bringt Licht ins Dunkel

Der Grund: Die einsamen Himmelskörper werden nicht beleuchtet und sie machen sich auch nicht durch die Beeinflussung ihres Muttersterns bemerkbar, wie andere Exoplaneten. Sie lassen sich deshalb nicht mit den traditionellen Methoden der astrophysikalischen Detektion aufspüren. Doch es gibt eine Möglichkeit, die bereits erfolgreich zum Einsatz gekommen ist: Die Wissenschaftler um Przemek Mroz von der Universität Warschau nutzen den sogenannten Mikrolinseneffekt, um die dunklen Gesellen aufzudecken. Es handelt sich dabei um eine spezielle Form des Gravitationslinsen-Effekts. Er beruht auf der Wirkung von Massen auf das Licht: Ähnlich wie bei optischen Linsen kann die Gravitation dabei Strahlung ablenken und zu erstaunlichen Effekten führen. Über die Entdeckungsgeschichte des Gravitationslinsen-Effekts und seinen vielseitigen Einsatz als Werkzeug der Astrophysik berichtet bild der wissenschaft in der November-Ausgabe 2020.

Im Fall der Einzelgänger-Planeten kommt es zu einem Linseneffekt durch die Schwerkraft dieser Himmelskörper, der sich auf das Licht eines dahinterliegenden Sterns auswirkt. Die Gravitation lenkt das Licht dieser Quelle dabei ab und fokussiert es. „Dadurch scheint der ferne Stern für kurze Zeit heller zu werden“, erklärt Mroz. Um dies festzustellen, müssen sich Stern, Einzelgänger-Planet und die Erde allerdings genau auf einer Linie befinden. Um solche seltenen Mikrolinsen-Ereignisse zu erfassen, werfen die Astronomen einen „Breitenblick“ auf Millionen von Sternen im Zentrum der Milchstraße. Dadurch können sie Exemplare detektieren, die ihre Helligkeit verändern.

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So glückte im Juni 2016 auch der besondere Fang: Das 1,3-Meter-Teleskop am Las-Campanas-Observatorium in Chile erfasste das Aufleuchten eines Sterns, der normalerweise gleichmäßig scheint. Die Forscher untersuchten anschließend die entstandene Lichtkurve, um der Ursache des Effekts auf die Spur zu kommen. Durch die Merkmale konnten sie ausschließen, dass diese vorübergehende Helligkeitszunahme auf den Sterns selbst zurückzuführen sind. Es zeichnete sich hingegen ab: Sie hatten tatsächlich ein Microlensing-Ereignis erfasst. Es erhielt die Bezeichnung OGLE-2016-BLG-1928.

Bisher kleinster Einzelgänger

Das Besondere war dabei: Das Mikrolinsen-Ereignis war sehr kurz. Wie die Forscher erklären, hängt die Dauer von der Masse des Linsenobjekts ab – je weniger massiv, desto kürzer der Lichteffekt. Die meisten Mikrolinsen-Ereignisse werden durch Sterne verursacht und dauern typischerweise mehrere Tage. Bei Einzelgänger-Planeten sind es wenige Stunden und im Fall von OGLE-2016-BLG-1928 erreichte die Dauer einen bisherigen Minimalwert von nur 42 Minuten. „Somit war klar, dass es von einem sehr kleinen Objekt verursacht worden ist“, sagt Poleski. Den Berechnungen zufolge muss das Linsen-Objekt weniger massiv als die Erde gewesen sein – vermutlich handelte es sich um einen etwa Mars-großen Himmelskörper, sagen die Wissenschaftler.

Wie sie erklären, geht aus ihren Daten auch hervor, dass es sich nicht um einen Planeten eines Sternsystems handelt, sondern um einen einsamen Vagabunden. „Wir würden in der Lichtkurve des Ereignisses erkennen, wenn das Linsen-Objekt an einen Stern gebunden wäre“, sagt Poleski. „Wir können zumindest ausschließen, dass dieser Planet irgendwo im Abstand von bis zu acht astronomischen Einheiten um einen Stern kreist“, betont der Astronom.

Wie er und seine Kollegen abschließend berichten, sagen Theorien zur Planetenbildung voraus, dass Planeten, die aus Sternensystemen herausgeschleudert werden, typischerweise kleiner als die Erde sein sollten. In diesem Zusammenhang lassen die aktuellen Ergebnisse somit vermuten: Es könnten noch viele Einzelgänger-Planeten wie OGLE-2016-BLG-1928 auf ihre Entdeckung warten. Poleski und seine Kollegen werden auf jeden Fall weiter nach ihnen Ausschau halten.

 

Video: JAN SKOWRON / ASTRONOMICAL OBSERVATORY, UNIVERSITY OF WARSAW

Quelle: Universität Warschau, Fachartikel: Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/abbfad

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