Nach mehr als zehn Jahren Versteckspiel entdecken Forschende einen der leichtesten Planeten, der jemals direkt abgebildet werden konnte

• Entdeckung von Beta Pictoris d: Astronominnen und Astronomen haben durch direkte Abbildung einen neuen, sehr lichtschwachen Planeten namens Beta Pictoris d entdeckt, der den Stern Beta Pictoris umkreist. Er gehört zu den masseärmsten Exoplaneten, die je von der Erde aus direkt abgelichtet wurden.
• Eigenschaften und Umlaufbahn: Beta Pictoris d ist ein Gasriese mit etwa der 2,4-fachen Masse des Jupiters. Er zieht seine Bahn deutlich weiter entfernt von seinem Zentralgestirn als viele andere bekannte Gasriesen; seine Umlaufzeit beträgt 91 Jahre.
• Mehrfachplanetensystem im Vergleich: Beta Pictoris ist erst das zweite System, in dem mehr als zwei Planeten direkt abgebildet werden konnten. Dies bietet die einzigartige Gelegenheit, die Entstehung und die Atmosphären von Planeten in ein und derselben kosmischen Umgebung zu erforschen.

Ein internationales Forschungsteam, dem auch Elisabeth Matthews und Iain Hammond vom Max-Planck-Institut für Astronomie angehören, hat einen dritten Planeten entdeckt, der den Stern Beta Pictoris umkreist. Der neue Planet Beta Pictoris d ist einhundertmal lichtschwächer als Beta Pictoris b – der erste in diesem System nachgewiesene Planet – und gehört zu den leichtesten Exoplaneten, die jemals von der Erde aus direkt abgebildet werden konnten.

Nachdem das Team den Planeten mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte und dessen neuem Instrument Eris aufgespürt hatte, machten die Forschenden unter der Leitung von Ben Sutlieff von der University of Edinburgh und Markus Bonse von der Europäischen Südsternwarte in Garching bei München und dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Tübingen eine weitere Entdeckung: Der Planet hatte sich bereits in anderen Beobachtungsdaten verborgen, die über einen Zeitraum von mehr als zehn Jahren gesammelt worden waren.

Unabhängig davon hat ein weiteres Team unter der Leitung von Aidan Gibbs von der University of California, San Diego denselben Planeten mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops nachgewiesen. Betrachtet man beide Beobachtungen zusammen, schafft das einen Mehrwert an Informationen: „Während wir im direkten Licht von Beta Pictoris d fundamentale Eigenschaften wie seine Temperatur und Masse bestimmen können, entschlüsseln die James-Webb-Spektren die Atmosphäre des Planeten. Sie zeigen Signaturen von Methan (CH₄), Kohlenmonoxid (CO) und Wasserdampf (H₂O)“, erklärt Matthews, die maßgeblich an der atmosphärischen Interpretation der Daten des Very Large Telescope in Chile beteiligt war.

Dieser Fund war eine Überraschung, denn das Team hatte das Beta-Pictoris-System eigentlich im Visier, um Helligkeitsschwankungen des Planeten Beta Pictoris b zu untersuchen. Bei der Analyse der Aufnahmen stieß das Team aber auf ein weiteres Signal abseits von Beta Pictoris b.

Um sicher zu gehen, dass es sich wirklich um eine neue Entdeckung handelte, durchforstete das Team das wissenschaftliche Datenarchiv der Europäischen Südsternwarte. In diesen historischen Aufnahmen, die bis zu elf Jahre zurückreichen, wurden sie fündig: Der neu entdeckte Planet war auf mehreren Bildern zu sehen – auf einem davon hob er sich nur hauchdünn vom blendenden Schein seines größeren Nachbarn Beta Pictoris b ab. Planet d hatte offenbar über ein Jahrzehnt lang mit der Astronomie Verstecken gespielt.

Beta Pictoris d ist, wie die beiden anderen Planeten des Systems, ein Gasriese ähnlich wie Jupiter oder Saturn. Während die beiden anderen Himmelskörper jeweils etwa die zehnfache Jupitermasse aufweisen, bringt Beta Pictoris d nur die 2,4-Fache Masse von Jupiter auf die Waage. Damit ist er einer der leichtesten Planeten, die je direkt von der Erde aus fotografiert wurden. Da seine Größe die des Jupiters nur um etwa 30 Prozent übertrifft, dürfte Beta Pictoris d den Gasriesen unseres eigenen Sonnensystems deutlich ähnlicher sein als die meisten anderen bekannten Exoplaneten.

Allerdings zieht der neue Planet seine Bahn in weitaus größerer Entfernung als jeder bekannte Gasriese in unserem Sonnensystem oder im Beta-Pictoris-System selbst. Sein Bahnradius von 26 Astronomischen Einheiten (AE; wobei 1 AE dem mittleren Abstand zwischen Erde und Sonne, also 149,6 Millionen Kilometern, entspricht) würde ihn in unserem Sonnensystem genau zwischen Uranus und Neptun platzieren. Für einen Umlauf benötigt er 91 Jahre.

Mit einer geschätzten Oberflächentemperatur von rund 600 Kelvin, das sind etwa 325 Grad Celsius, ist Beta Pictoris d wesentlich heißer als die Gasplaneten unseres Sonnensystems. Das liegt am geringen Alter des Beta-Pictoris-Systems, das auf etwa 23 Millionen Jahre geschätzt wird. Zum Vergleich: Das Sonnensystem ist etwa 4,6 Milliarden Jahre alt. Die Planeten sind durch ihre Entstehung noch aufgeheizt und strahlen weiterhin Wärme ab, während sie sich unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenziehen. Im Laufe der Zeit wird auch Beta Pictoris d abkühlen, so wie es einst bei Jupiter und Saturn der Fall war. Verglichen mit vielen anderen direkt abgebildeten Gasriesen ist dieser Planet jedoch relativ kühl und strahlt im Vergleich zu seinem Mutterstern extrem schwach.

Um die Entdeckung eines Planeten zweifelsfrei zu bestätigen, müssen Astronominnen und Astronomen normalerweise neue, zeitintensive Folgebeobachtungen durchführen. „Dieses System war jedoch bereits so intensiv untersucht worden, dass in den Wissenschaftsarchiven der Europäischen Südsternwarte und des James-Webb-Weltraumteleskop zahlreiche Aufnahmen vorlagen“, sagt Iain Hammond, der die Beobachtungsdaten aus einem ganzen Jahrzehnt gesichtet und ausgewertet hat. „Als wir wussten, wo wir nach dem potenziellen neuen Planeten suchen mussten, zeigte sich, dass er sich die ganze Zeit über in den Daten verbarg.“ Diese Entdeckung ist ein Paradebeispiel dafür, wie eine Politik der frei zugänglichen Forschungsdaten (Open Data) die Wissenschaft unterstützt und voranbringt.

Beta Pictoris ist nach HR 8799 erst das zweite System, in dem mehr als zwei Planeten direkt abgebildet werden konnten. „Systeme mit mehreren direkt abgebildeten Exoplaneten sind der ‚Heilige Gral‘ der beobachtenden Astronomie. Sie verraten uns sehr viel darüber, wie sich unterschiedliche Planeten unter exakt denselben Entstehungsbedingungen entwickeln“, betont Ben Sutlieff.

„Dieser neue Planet ist besonders wertvoll, da er Teil eines Drei-Planeten-Systems ist und zu einer Sterngruppe gehört, deren Alter sehr präzise bestimmt ist“, ergänzt Elisabeth Matthews. „Das bietet uns die seltene Gelegenheit, die Atmosphären von Planeten in einer kontrollierten Umgebung direkt miteinander zu vergleichen und zu verstehen, wie der Stern, den sie umkreisen, ihre Entstehung und Entwicklung beeinflusst. Wir haben festgestellt, dass die Atmosphäre von Beta Pictoris d verblüffende Ähnlichkeiten mit der von 51 Eri b aufweist – einem Planeten, der derselben Sterngruppe angehört.“

Beta Pictoris d löst zudem ein langjähriges Rätsel innerhalb seines Heimatsystems: Er besitzt genau die richtige Masse und befindet sich an der exakten Position, um die ungewöhnliche Form der umgebenden Trümmerscheibe zu erklären. Diese Staub- und Gesteinsscheibe besteht aus den Überbleibseln der Planetenentstehung.

Der Erfolg dieser Entdeckung macht Mut für künftige Suchkampagnen nach schwach leuchtenden Planeten, die sich auf bestehenden Aufnahmen verborgen halten könnten. Neue Impulse erhofft sich die Fachwelt unter anderem vom Extremely Large Telescope, das die Europäische  Südsternwarte aktuell in Chile baut. Entscheidend auch für die Exoplanetenforschung sind die beiden Instrumente der ersten Generation, Micado und Metis, sowie der Koronograf an Bord des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops der Nasa, das am 30. August 2026 starten soll. Das Max-Planck-Institut für Astronomie ist an all diesen Instrumenten maßgeblich beteiligt und will mit den erwarteten Bildern und Dareb noch viele weitere Welten direkt fotografieren.

Seitens des MPIA waren die Astronom*innen Elisabeth C. Matthews und Iain Hammond an dieser Studie beteiligt. Die wissenschaftliche Arbeit, die dieser Pressemitteilung zugrunde liegt, wurde federführend von B. J. Sutlieff (Universität Edinburgh, Großbritannien) und M. J. Bonse (Europäische Südsternwarte, Garching bei München, und Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Tübingen) geleitet. An der Publikation waren weltweit über 90 Autorinnen und Autoren beteiligt, unter anderem aus Belgien, Deutschland, Frankreich, Irland, Italien, den Niederlanden, der Schweiz, Großbritannien und Chile.

Das Very Large Telescope (VLT) wird von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betrieben und befindet sich am Paranal-Observatorium in der Atacamawüste in Chile. Es besteht aus vier 8,2-Meter-Einzelteleskopen, die zu den fortschrittlichsten Teleskopen der Welt zur Beobachtung im optischen und Infrarotlicht gehören. Die Europäische Südsternwarte (ESO) hat ihren Hauptsitz in Garching bei München, Deutschland, und agiert als zwischenstaatliche Organisation mit 16 Mitgliedstaaten, wobei Chile als Gastland und Australien als strategischer Partner beteiligt sind.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für die Weltraumforschung. Es ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA sowie ihrer Partner ESA und CSA (Canadian Space Agency).

Diese Pressemitteilung basiert auf einer Vorlage der Europäischen Südsternwarte (ESO), die am selben Tag veröffentlicht wurde. Für die deutsche Version kam in einem Zwischenschritt ein Sprachmodell zum Einsatz, das bei der Übersetzung der englischen Vorlage des Autors half.

MN/MPIA und BEU/MPG