„Einsteins Planet” verrät sich durch relativistischen Effekt

Die Entdeckung eines weiteren Exoplaneten – eines Planeten also bei einem anderen Stern – ist heute kaum noch der Rede wert. Doch der jetzt von einem internationalen Forscherteam aufgespürte Himmelskörper Kepler-76b ist etwas Besonderes: Er ist der erste Planet, der sich durch einen sehr subtilen Effekt verraten hat, der von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt wird. „Einsteins Planet“ ist ein jupiterähnlicher Gasriese, der seinen Stern alle 1,5 Tage auf einer extrem engen Bahn umläuft. Die neue Methode könnte zur Entdeckung vieler weiterer Planeten mit dem ohnehin sehr erfolgreichen Weltraumteleskop Kepler führen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Astrophysical Journal“.

„Um den kleinen Effekt nachzuweisen, benötigen wir extrem genaue Helligkeitsmessungen“, erläutert Simchon Faigler von der Tel Aviv Universität in Israel. Eben solche Messungen liefert Kepler: Er überwacht die Helligkeit von rund 150.000 Sternen, um periodische Abschwächungen durch vorüberziehende Planeten nachzuweisen. Allerdings funktioniert diese Methode nur, wenn die Sichtlinie von der Erde zu dem Stern zufällig in der Bahnebene des Planetensystems liegt.

Liegt die Bahnebene anders, mussten die Astronomen bislang auf ein anderes Verfahren zurückgreifen. Streng genommen umkreist ein Planet nicht seinen Stern, sondern Stern und Planet umkreisen ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt. Die Bewegung des Sterns ist zwar aufgrund seiner viel größeren Masse geringer, aber sie lässt sich im Spektrum seiner Strahlung als Dopplereffekt nachweisen. Die Messung solcher Spektren ist allerdings aufwändig und lässt sich daher nicht, wie die Helligkeitsmessungen des Kepler-Teleskops, bei einer großen Anzahl von Sternen gleichzeitig durchführen.

Hier greift nun das neue Verfahren von Faigler und seinen Kollegen. Die Relativitätstheorie sagt voraus, dass die Bewegung des Sterns ebenfalls zu Helligkeitsänderungen führt. Bewegt sich der Stern auf uns zu, so wird seine Strahlung gebündelt, also verstärkt – bewegt er sich von uns fort, so wird sie abgeschwächt. Solche Schwankungen im Bereich von zehntausendstel Prozent der Helligkeit konnten die Forscher nun bei dem etwa 2000 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern Kepler-76 nachweisen. Um sicher zu gehen, dass ein Planet das Phänomen verursacht, haben Faigler und sein Team noch zwei weitere Effekte nachgewiesen: die Verformung des Sterns durch die Anziehungskraft des nahen Planeten und zusätzliche Schwankungen durch an dem Planeten reflektiertes Sternenlicht.

Nachbeobachtungen am Whipple Observatory in Arizona zeigten schließlich auch den zu erwartenden Doppler-Effekt im Spektrum des Sterns. Auf Grund seiner engen Umlaufbahn weist Einsteins Planet eine gebundene Rotation auf, er zeigt seinem Zentralstern also stets die gleiche Seite. Die Messungen des Teams zeigen, dass der heißeste Punkt auf der Oberfläche des Himmelskörpers aber nicht direkt unter dem Stern, sondern um rund 15.000 Kilometer dagegen verschoben ist. Die Astronomen sehen darin einen Hinweis auf starke Winde in der Atmosphäre von Kepler-76b.