Zwei Kometenfamilien um nahegelegenen Stern entdeckt

Ein französisches Astronomenteam hat mit dem HARPS-Instrument am La Silla-Observatorium der ESO in Chile die bislang umfangreichste Zählung von Kometen um einen Stern durchgeführt und dabei fast 500 einzelne Kometen untersucht, die den Stern Beta Pictoris umkreisen. Es stellte sich heraus, dass sie zwei unterschiedlichen Familien von Exokometen angehören: alten Exokometen, die den Stern viele Male nahe passiert haben, und jüngere Exokometen, die vermutlich vom kürzlichen Zerfall eines oder mehrere größerer Objekte stammen. Die neuen Forschungsergebnisse werden am 23. Oktober 2014 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Beta Pictoris ist ein junger Stern, der sich ungefähr 63 Lichtjahre von der Sonne entfernt befindet. Er ist nur 20 Millionen Jahre alt und von einer riesigen Materiescheibe umgeben – ein sehr aktives, junges Planetensystem, in dem Gas und Staub durch Verdampfen von Kometen und Kollisionen von Asteroiden entstehen.

Flavien Kiefer (IAP/CNRS/UPMC), der Erstautor der neuen Studie, beschreibt die Situation folgendermaßen: „Beta Pictoris ist ein sehr spannendes Beobachtungsziel! Die genaue Beobachtung seiner Exokometen gibt uns Hinweise darauf, welche Prozesse in dieser Art von jungen Planetensystemen auftreten.”

Fast 30 Jahre lang haben Astronomen feine Änderungen im Licht von Beta Pictoris gesehen, von denen sie glaubten, dass sie durch Vorbeiflüge von Kometen vor dem Stern verursacht wurden. Kometen sind kleine Objekte mit einer Größe von einigen Kilometern, enthalten aber große Mengen gefrorenen Materials, das verdampft wenn sie sich ihrem Stern nähern. Die dadurch entstehenden riesigen Schweife aus Gas und Staub können einen Teil des Sternlichts absorbieren, das dann von der Erde aus gesehen durch sie hindurchscheint. Das schwache Leuchten der Exokometen selber wird vom gleißend hellen Licht des Sterns überstrahlt, weshalb sie von der Erde aus nicht direkt beobachtet werden können.

Um die Exokometen von Beta Pictoris zu studieren, hat das Astronomenteam um Kiefer mehr als 1000 Beobachtungen analysiert, die zwischen 2003 und 2011 mit dem HARPS-Instrument am 3,6-Meter-Teleskop der ESO am La Silla-Observatorium durchgeführt wurden.

Die Forscher trafen dann eine Auswahl, die 493 verschiedene Exokometen enthielt. Einige davon wurden mehrere Male und einige Stunden lang beobachtet. Eine gründliche Auswertung der Daten lieferte eine Messung der Geschwindigkeit und der Größe der Gaswolken, die sie umgeben. Einige Eigenschaften der Umlaufbahnen jeder dieser Exokometen, wie die Form und die Orientierung der Umlaufbahn oder die Entfernung zu ihrem Stern, konnten ebenfalls abgeleitet werden.

Noch nie zuvor wurden mehrere hundert Exokometen in einem einzigen Exoplanetensystem untersucht. Es stellte sich heraus, dass es um Beta Pictoris zwei unterschiedlichen Familien von Exokometen gibt: eine Gruppe von alten Exokometen, deren Umlaufbahnen von einem massereichen Planeten [1] bestimmt werden, und eine weitere Gruppe, die sich vermutlich durch den kürzlichen Zerfall eines oder mehrere größerer Objekte gebildet hat. Auch in unserem Sonnensystem gibt es unterschiedliche Kometenfamilien.

Die Exokometen der ersten Familie besitzen eine große Vielfalt an Umlaufbahnen und zeigen eher schwache Aktivität mit niedrigen Produktionsraten von Gas und Staub. Dies deutet darauf hin, dass diese Kometen ihre Vorräte an gefrorenem Material durch ihre mehrmaligen nahen Vorbeiflüge an Beta Pictoris [2] bereits verbraucht haben.

Die Exokometen der zweiten Familie sind viel aktiver und befinden sich außerdem auf nahezu identischen Umlaufbahnen [3], was darauf hinweist, dass die Mitglieder dieser Familie alle denselben Ursprung haben. Vermutlich entstanden sie durch den Zerfall eines größeren Objekts, dessen Fragmente sich auf einer Umlaufbahn befinden, die den Stern Beta Pictoris streift.

Flamin Kiefer fasst zusammen: „Wir haben zum ersten Mal überhaupt mit einer eine statistischen Untersuchung die physikalischen Prozesse und die Umlaufbahnen einer großen Zahl von Exokometen bestimmt. Diese Arbeit liefert einen bemerkenswerten Einblick in die Mechanismen, die in unserem Sonnensystem kurz nach seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren am Werk waren.”

Endnoten

[1] Ein Gasplanet, Beta Pictoris b, der im Abstand von etwa einer Milliarde Kilometer von dem Stern entfernt ist, wurde vor einiger Zeit ebenfalls entdeckt und mit hochaufgelösten Aufnahmen mit Adaptiver Optik untersucht.

[2] Die Bahnparameter der Umlaufbahnen dieser Kometen (Exzentrizität und Ausrichtung) genau mit denen überein, die für Kometen vorhergesagt werden, die sich in Bahnresonanz mit einem massereichen Planeten stehen. Die Eigenschaften der Kometen der ersten Familie zeigen, dass der an dieser Resonanz beteiligte Planet ungefähr 700 Millionen Kilometer von seinem Stern entfernt sein muss – nahe der Entfernung, in der Beta Pictoris b entdeckt wurde.

[3] Damit sind sie den Kometen der Kreutz-Gruppe in unserem Sonnensystem oder den Fragmenten des Kometen Shoemaker-Levy 9, der im July 1994 auf dem Jupiter einschlug, sehr ähnlich.

Zusatzinformationen

Diese Forschungsergebnisse erscheinen am 23. Oktober 2014 in der Fachzeitschrift Nature unter dem Titel „Two families of exocomets in the Beta Pictoris system”.

Die beteiligten Wissenschaftler sind F. Kiefer (Institut d’astrophysique de Paris [IAP], CNRS, Université Pierre & Marie Curie-Paris 6, Paris, Frankreich), A. Lecavelier des Etangs (IAP), J. Boissier (Institut de radioastronomie millimétrique, Saint Martin d’Hères, Frankreich), A. Vidal-Madjar (IAP), H. Beust (Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble [IPAG], CNRS, Université Joseph Fourier-Grenoble 1, Grenoble, Frankreich), A.-M. Lagrange (IPAG), G. Hébrard (IAP) und R. Ferlet (IAP).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europäische Partner bei den neuartigen Verbundteleskop ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Metern Durchmesser für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird: das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network – Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson-germany@eso.org

Alain Lecavelier des Etangs
Institut d'astrophysique de Paris (IAP)/CNRS/UPMC
France
Tel: +33-1-44-32-80-77
Mobil: +33 6 21 75 12 03
E-Mail: lecaveli@iap.fr

Flavien Kiefer
Institut d'astrophysique de Paris (IAP)/CNRS/UPMC and School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University
France / Israel
Tel: +972-502-838-163
E-Mail: kiefer@iap.fr

Richard Hook
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-Mail: rhook@eso.org

http://www.eso.org/public/germany/news/eso1432/
http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1432/eso1432a.pdf – Fachartikel in Nature
http://www.eso.org/public/images/archive/search/?adv=&subject_name=HARPS – Fotos von HARPS