Planetensystem PDS 70: Zwei Exoplaneten auf einer Umlaufbahn

Astronomen haben mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) einen möglichen Geschwisterplaneten entdeckt, der einen fernen Stern umkreist. Das Team spürte eine Trümmerwolke auf, die sich die Umlaufbahn mit diesem Planeten teilen könnte. Dabei handelt es sich ihrer Meinung nach um die Bausteine eines neuen Planeten oder um die Überreste eines bereits entstandenen Planeten. Sollte sich diese Entdeckung bestätigen, wäre dies der bisher stärkste Beleg dafür, dass sich zwei Exoplaneten eine Umlaufbahn teilen können.

In der Science Fiction gab es das Szenario bereits – die Erzählung, dass die Erde einen Zwilling auf der gleichen Umlaufbahn besitzt, wir diesen aber nicht sehen könnten, weil er sich auf seiner Umlaufbahn immer von der Erde ausgesehen "hinter der Sonne befinde". War natürlich Unsinn, aber warum soll es so etwas nicht geben. Wobei ein zweiter Planet eher als Trojaner an einem der Lagrange-Punkte L4 oder L5. 60 Grad vorauseilend oder nachziehend, zu finden sein sollte. Vom Planeten Jupiter sind solche Trojaner bekannt.

"Vor zwei Jahrzehnten wurde theoretisch vorhergesagt, dass Planetenpaare mit ähnlicher Masse die gleiche Umlaufbahn um ihren Stern haben könnten, die so genannten trojanischen oder co-orbitalen Planeten. Zum ersten Mal haben wir Hinweise gefunden, die für diese Idee sprechen", sagt Olga Balsalobre-Ruza, Studentin am Zentrum für Astrobiologie in Madrid, Spanien, die die kürzlich in Astronomy & Astrophysics veröffentlichte Studie geleitet hat.

Trojaner, Gesteinskörper auf der gleichen Umlaufbahn wie ein Planet, kommen in unserem eigenen Sonnensystem häufig vor. Das berühmteste Beispiel sind die trojanischen Asteroiden des Jupiter – mehr als 12.000 Gesteinskörper, die sich auf der gleichen Umlaufbahn wie der Gasriese um die Sonne befinden.

Astronomen haben vorausgesagt, dass Trojaner, insbesondere trojanische Planeten, auch um einen anderen Stern als unsere Sonne existieren könnten, aber es gibt nur wenige Beweise für sie. "Exotrojaner [trojanische Planeten außerhalb des Sonnensystems] waren bisher wie Einhörner: Theoretisch könnten sie existieren, aber niemand hat sie je entdeckt", sagt Mitautor Jorge Lillo-Box, ein leitender Forscher am Zentrum für Astrobiologie.

Jetzt hat ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dank ALMA, an dem die ESO beteiligt ist, den bisher stärksten Beobachtungshinweis für die Existenz trojanischer Planeten gefunden – im System PDS 70. Dieser junge Stern beherbergt bekanntlich zwei riesige, jupiterähnliche Planeten, PDS 70 b und PDS 70 c. Bei der Analyse archivierter ALMA-Beobachtungen dieses Systems entdeckte das Team eine Trümmerwolke an der Stelle in der Umlaufbahn von PDS 70 b, an der Trojaner vermutet werden.

Planetensystem PDS 70 mit Trümmerwolke; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Balsalobre-Ruza et al.

Trojaner befinden sich in zwei so genannten Lagrange-Zonen, ausgedehnten Regionen auf der Umlaufbahn eines Planeten, in denen die kombinierte Anziehungskraft des Sterns und des Planeten Material einfangen kann. Bei der Untersuchung dieser beiden Bereiche auf der Umlaufbahn von PDS 70 b entdeckten die Astronomen ein schwaches Signal, was darauf hindeutet, dass sich dort eine Trümmerwolke mit einer Masse befinden könnte, die etwa doppelt so groß ist wie die unseres Mondes.

Das Team ist der Ansicht, dass diese Trümmerwolke auf eine bereits existierende trojanische Welt in diesem System oder auf einen Planeten hinweisen könnte, der sich gerade bildet.

"Wer könnte sich zwei Welten vorstellen, die sich die Dauer des Jahres und die Bedingungen für die Bewohnbarkeit teilen? Unsere Arbeit ist der erste Beweis dafür, dass diese Art von Welt existieren könnte", sagt Balsalobre-Ruza. „Wir können uns vorstellen, dass ein Planet seine Umlaufbahn mit Tausenden von Asteroiden teilen kann, wie im Fall des Jupiters, aber es ist für mich verblüffend, dass Planeten dieselbe Umlaufbahn teilen könnten."

"Unsere Forschung ist ein erster Schritt, um nach ko-orbitalen Planeten in einem sehr frühen Stadium ihrer Entstehung zu suchen", sagt Mitautorin Nuria Huélamo, eine leitende Wissenschaftlerin am Zentrum für Astrobiologie. "Dies wirft neue Fragen zur Entstehung von Trojanern auf, wie sie sich entwickeln und wie häufig sie in verschiedenen Planetensystemen vorkommen", fügt Itziar De Gregorio-Monsalvo, Leiterin des ESO-Büros für Wissenschaft in Chile, hinzu, die ebenfalls an dieser Untersuchung beteiligt war.

Um ihre Entdeckung vollständig zu bestätigen, wird das Team bis nach 2026 warten müssen. Dann wollen sie ALMA nutzen, um zu prüfen, ob sich sowohl PDS 70 b als auch seine Geschwisterwolke aus Trümmern auf ihrer gemeinsamen Umlaufbahn um den Stern deutlich bewegen. "Dies wäre ein Durchbruch auf dem Gebiet der Exoplaneten", sagt Balsalobre-Ruza.

"Die Zukunft dieses Themas ist sehr spannend, und wir freuen uns auf die für 2030 geplanten erweiterten ALMA-Möglichkeiten, die die Fähigkeit des Arrays, Trojaner in vielen anderen Sternen zu charakterisieren, dramatisch verbessern werden", schließt De Gregorio-Monsalvo. Weitere Fotos und und ein Video lassen sich in diesem ESO-Beitrag abrufen.