Durch Transitzeit-Variation lassen sich Planeten von wenigen Erdmassen aufspüren

Transitdurchgang

Jena - Ein Astronomenteam aus Deutschland, Bulgarien und Polen beobachtete Transitdurchgänge des bereits bekannten Gasriesen WASP-3b. Er umkreist den Stern WASP-3, der sich rund 700 Lichtjahre entfernt im Sternbild Leier befindet. Dabei stellten sie kleine Variationen von der erwarteten Umlaufzeit fest. "Unsere Rechnungen zeigten, dass diese Schwankungen, die auch Transitzeit-Variationen genannt werden, durch einen weiteren Planeten im System verursacht werden müssen", sagte Dr. Gracjan Maciejewski von der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Bereits 2008 war die Existenz eines Planeten um den jungen Hauptreihenstern WASP-3 mit Hilfe der Transitmethode bestimmt worden. Der Gasriese WASP-3b umkreist seinen Mutterstern in Sichtlinie, d.h. er schiebt sich bei seinem Umlauf zwischen den Stern und die Erde. Während dieser Bedeckung schirmt er einen Teil der Sternstrahlung ab, so dass die beobachtete Helligkeit abfällt. Aus dem Verlauf der Helligkeitskurve und einer zusätzlichen Messung der Radialgeschwindigkeit kann man die Eigenschaften des Exoplaneten bestimmen. Diese Transitmethode hat den Nachteil, dass sie nur für große Planeten geeignet ist. Die Radien erdähnlicher Planeten sind zu klein, um einen messbaren Abfall der Helligkeit zu verursachen.

Hier schafft die neue Transitzeit-Variationsmethode Abhilfe, vorausgesetzt man hat bereits einen großen Planeten mit der herkömmlichen Transitmethode bestimmt. Wenn außer diesem ein weiteres Objekt den Mutterstern umkreist, wirkt es sich seine Gravitation auf den Planeten aus und bewirkt Abweichungen in seiner Umlaufbahn. Diese werden auch in der Helligkeitskurve des Sterns sichtbar. Ein erdgroßer Planet kann bei einem jupitergroßen Planeten Umlaufvariationen von ungefähr einer Minute bewirken.

Durch einen Vergleich mit Computermodellen von tausenden von verschiedenen Konfigurationen, lassen sich aus den Abweichungen die wahrscheinliche Umlaufbahn und Masse des Planeten bestimmen.

Im Fall des Sterns WASP-3 wurden Beobachtungen am 60-Zentimeter-Cassegrain-Teleskop des Rhozen National Astronomical Observatory in Bulgarien und am 90-Zentimeter-Spiegelteleskop der Universität Jena durchgeführt. Computersimulationen der Daten lieferten, dass neben dem Gasriesen WASP-3b ein kleiner Planet von "nur" 15 Erdmassen den Stern in 3,75 Tagen umkreist. Sein Orbit liegt weiter außen als der des Gasriesen und befindet sich mit diesem in 2:1 Resonanz. Das bedeutet, dass der Gasriese für zwei Umläufe genauso lange braucht, wie WASP-3c für einen.

Allerdings basiert die Entdeckung auf bisher wenigen Datenpunkten. "Wir beobachten den neuen Planeten zur Zeit mit dem 10-Meter-Hobby-Eberly-Telescope in Texas, um zusätzliche Beweise für unseren Fund zu erhalten", so Prof. Niedzielski vom Torun Centre for Astronomy.