In unserer Galaxie zeichnet sich eine Besonderheit ab, während Astronomen Exoplaneten entdecken: Planeten, die Sternpaare umkreisen – ähnlich wie Tatooine aus Star Wars – scheinen im Vergleich zu jenen, die Einzelsterne begleiten, deutlich seltener zu sein als erwartet. Dies gilt selbst, wenn man die Beobachtungsschwierigkeiten berücksichtigt.
Diese Situation beschäftigt Forscher seit mehreren Jahren, da sie die etablierten astronomischen Modelle in Frage zu stellen scheint. Wie lässt sich erklären, dass Doppelsternsysteme so wenige planetare Begleiter beherbergen?
Eine künstlerische Darstellung eines erdähnlichen Planeten, der Doppelsterne umkreist.
Credit: NASA/JPL-Caltech
Doppelsterne, bei denen zwei Sonnen umeinander kreisen, sind in der Milchstraße jedoch weit verbreitet. Schätzungen ließen vermuten, dass mindestens 10 % von ihnen Exoplaneten beherbergen sollten. Dennoch wurden unter den mehr als 6.000 bisher bestätigten Planeten nur 14 um solche Sternpaare identifiziert, was ein echtes Rätsel für die wissenschaftliche Gemeinschaft darstellt.
Ein Team der University of California, Berkeley und der American University of Beirut führt eine Erklärung an, die mit Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zusammenhängt. Sie kommt zu den inhärenten Beobachtungsschwierigkeiten solcher Systeme hinzu (siehe Kapitel unten).
Innerhalb dieser Doppelsternsysteme folgen die beiden Sterne elliptischen Bahnen. Dadurch ist jeder sie begleitende Planet besonders verflochtenen Gravitationskräften ausgesetzt. Diese Konfiguration erzeugt ein Phänomen namens Präzession, bei dem sich die Ausrichtung der Planetenbahn im Laufe der Zeit allmählich dreht und ihre Stabilität beeinträchtigt.
Gleichzeitig unterliegen die Umlaufbahnen der Sterne selbst einer durch die allgemeine Relativitätstheorie verursachten Präzession. Wenn diese Präzessionsraten in Synchronisation geraten, entsteht eine Resonanz, die die Bahn des Planeten erheblich streckt. Laut Mohammad Farhat kann diese Wechselwirkung die Umlaufbahn destabilisieren, was entweder zur Zerstörung des Objekts führt, wenn es den Sternen zu nahe kommt, oder zu seinem schlichten Auswurf aus dem System. Dieser Mechanismus würde somit einen Grund für die geringe Beobachtungsrate von Planeten in solchen Umgebungen liefern.
Modellierungen deuten darauf hin, dass diese Störungen in engen Doppelsternsystemen noch häufiger sind, bei denen die Sterne eine Umrundung in einer Woche oder weniger vollenden. Doch genau diese Systeme sind die Ziele von Missionen wie Kepler und TESS der NASA, die Planeten durch die Beobachtung der Mikroverfinsterungen beim Vorbeizug vor ihrem Stern entdecken. Folglich könnte die beobachtete Seltenheit eher auf diese dynamischen Instabilitäten zurückzuführen sein als auf ein tatsächliches Fehlen der Planetenentstehung, was eine Verzerrung in unseren aktuellen Daten darstellt.
Es ist denkbar, dass Hunderte von Welten, die Tatooine ähneln, in der Milchstraße existieren, doch ihre Identifizierung bleibt mit den heute eingesetzten Techniken schwierig. Künftige Forschungen müssen diese relativistischen Effekte integrieren, um ihre Suche zu verfeinern und möglicherweise die Tür zu neuen Entdeckungen im Bereich der Exoplaneten zu öffnen.
Die Methoden zur Entdeckung von Exoplaneten
Die Jagd nach Exoplaneten stützt sich hauptsächlich auf indirekte Techniken, da diese Welten zu weit entfernt sind, um direkt beobachtet zu werden. Die Transitmethode ist die am häufigsten verwendete: Sie misst die periodische Abschwächung der Helligkeit eines Sterns, wenn ein Planet vor ihm vorbeizieht – ähnlich einem Schatten.
Dieser Ansatz wurde weitgehend von Weltraumteleskopen wie Kepler und TESS genutzt, die Tausende von Sternen kontinuierlich überwachen. Allerdings funktioniert sie optimal für Planeten, deren Umlaufbahnen mit unserer Sichtlinie ausgerichtet sind. In Doppelsternsystemen, bei denen die Lichtsignale durch die Anwesenheit zweier Gestirne gestört werden, kann sie weniger effektiv sein.
Andere Techniken existieren, wie die Radialgeschwindigkeitsmethode, die die durch die Gravitationsanziehung eines Planeten verursachten Schwingungen des Sterns erfasst. Sie ist besser für massive Planeten oder solche geeignet, die ihrem Stern nahe sind. In Doppelsternsystemen erschweren die vielfältigen Gravitationswechselwirkungen die Analyse, was wahrscheinlich ebenfalls zur geringen Anzahl von Bestätigungen beiträgt.
Diese technischen Grenzen bedeuten, dass unser Katalog von Exoplaneten unvollständig bleibt, insbesondere für ungewöhnliche stellare Architekturen. Die Entwicklung neuer Instrumente und die Verbesserung von Algorithmen könnten es ermöglichen, diese Hindernisse zu überwinden und in Zukunft möglicherweise eine größere Population von Planeten zu enthüllen, die Doppelsonnen umkreisen.
Quelle: The Astrophysical Journal Letters