Fast so schwer wie Jupiter: Ist das der erste Exomond?
Planet, Mond oder neue Objektklasse? Das VLT hat einen jupitermassereichen Satelliten um einen Braunen Zwerg aufgespürt.
Diese Abbildung zeigt das System um den Stern CD-35 2722, in dessen Zentrum sich das neu entdeckte mondähnliche Objekt befindet. Der Stern –– die Punktquelle auf der linken Seite –– hat etwa die Hälfte der Masse unserer Sonne und wird von einem Braunen Zwerg umkreist, dem rotbraunen Objekt, das hier im Vordergrund (rechts) zu sehen ist.
Foto: ESO/M. Kornmesser , Creative Commons Attribution 4.0 International
Ein Körper mit ungefähr der Masse des Jupiters umkreist einen Braunen Zwerg. Dieser zieht wiederum seine Bahn um einen Stern. Forschende haben damit Hinweise auf ein außergewöhnliches dreistufiges System gefunden, das sich mit Begriffen wie Planet und Mond nur schwer beschreiben lässt.
Der neu gefundene Körper könnte als erster plausibel nachgewiesener Exomond gelten. Bestätigt ist diese Einordnung allerdings noch nicht. Der mutmaßliche Satellit ist selbst massereich genug, um als Planet bezeichnet zu werden. Außerdem umkreist er keinen Planeten, sondern einen Braunen Zwerg – einen Himmelskörper zwischen Planet und Stern.
Sichtbar ist der Begleiter bislang nicht. Ein internationales Team um Kevin Hoy von der Europäischen Südsternwarte ESO hat stattdessen gemessen, wie dessen Schwerkraft den Braunen Zwerg CD-35 2722 B regelmäßig bewegt. Zum Einsatz kam der Infrarotspektrograf CRIRES+ am Very Large Telescope, kurz VLT, in Chile. Die Ergebnisse sind im Fachjournal „Nature“ erschienen.
Inhaltsverzeichnis
Ein planetenschwerer Mond
Im Zentrum des jungen Systems steht der Stern CD-35 2722 mit rund 40 % der Sonnenmasse. Er wird von CD-35 2722 B begleitet, einem Braunen Zwerg mit etwa 37 Jupitermassen.
Braune Zwerge sind massereicher als Planeten, aber zu leicht, um wie Sterne dauerhaft Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen. CD-35 2722 B wurde bereits 2011 direkt abgebildet. Sein großer Abstand vom Zentralstern ermöglicht es, sein Infrarotlicht weitgehend getrennt vom deutlich helleren Sternenlicht zu untersuchen.
Die neuen Messungen sprechen dafür, dass ein weiterer Körper den Braunen Zwerg in rund 171 Tagen umrundet. Im bevorzugten Modell besitzt er eine Mindestmasse von etwa 0,9 Jupitermassen. Die tatsächliche Masse könnte höher liegen, weil die Neigung seiner Umlaufbahn gegenüber der Erde nicht bekannt ist.
Das System CD-35 2722 im Überblick
- Zentralstern: rund 40 % der Sonnenmasse
- Brauner Zwerg: etwa 37 Jupitermassen
- Möglicher Satellit: mindestens rund 0,9 Jupitermassen
- Umlaufzeit: etwa 171 Tage
- Beobachtungen: 23 auswertbare Beobachtungsnächte
- Messinstrument: CRIRES+ am Very Large Telescope
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Es handelt sich damit um ein hierarchisches System: Der mögliche Satellit kreist um den Braunen Zwerg, während der Braune Zwerg an den Zentralstern gebunden ist.
Wie sich ein unsichtbarer Begleiter messen lässt
Die Forschenden beobachteten CD-35 2722 B zwischen Oktober 2023 und Februar 2026. Nach dem Aussortieren von Aufnahmen mit zu geringer Qualität blieben Daten aus 23 Beobachtungsnächten. Pro Nacht nahm CRIRES+ zwei Spektren auf. Insgesamt wertete das Team somit 46 Einzelmessungen aus.
Der Begleiter verriet sich dabei in drei Schritten:
- CRIRES+ zerlegt das Infrarotlicht des Braunen Zwergs in ein Spektrum mit einer Auflösung von etwa 100.000.
- Die Schwerkraft des Begleiters bewegt den Braunen Zwerg regelmäßig auf die Erde zu und wieder von ihr weg.
- Die Spektrallinien verschieben sich geringfügig. Aus diesem Dopplereffekt lassen sich die Geschwindigkeit und die Umlaufzeit ableiten.
Ein Begleiter kreist nämlich nicht einfach um einen unbeweglichen Hauptkörper. Beide Objekte bewegen sich um ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Obwohl der Braune Zwerg deutlich schwerer ist, wird auch er durch den umlaufenden Satelliten in eine periodische Bewegung versetzt.
Diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode gehört zu den wichtigsten Verfahren bei der Suche nach Exoplaneten. Üblicherweise wird dabei das Licht eines Sterns analysiert. In diesem Fall richteten die Forschenden die Methode direkt auf einen vergleichsweise lichtschwachen Braunen Zwerg. Frühere Versuche an ähnlichen Objekten hatten keine entsprechenden Geschwindigkeitsänderungen gezeigt.
Deutliches Signal nach rund 170 Tagen
In den Messdaten trat eine Periodizität von etwa 170 Tagen hervor. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein solches Signal durch Zufall entsteht, lag nach der statistischen Auswertung unter 0,1 %. Im bevorzugten Modell bewegt sich der Braune Zwerg mit einer Geschwindigkeitsamplitude von rund 318 m/s um den gemeinsamen Schwerpunkt.
Das Team untersuchte auch andere mögliche Ursachen. Veränderungen der Atmosphäre, die Eigenrotation des Braunen Zwergs oder instrumentelle Effekte könnten ebenfalls Spektrallinien verschieben.
Die Rotation gilt jedoch als unwahrscheinliche Erklärung. CD-35 2722 B dürfte sich innerhalb von höchstens rund 0,65 Tagen einmal um die eigene Achse drehen. Das beobachtete Signal dauert dagegen rund 170 Tage. Auch in den verbleibenden Messabweichungen fand das Team keine passende kürzere Periodizität.
Langfristige atmosphärische oder magnetische Veränderungen lassen sich mit den bisherigen Daten nicht vollständig ausschließen. Sie müssten allerdings eine wesentlich stärkere Geschwindigkeitsänderung erzeugen, als bislang bei vergleichbaren Objekten beobachtet wurde.
Kreist ein oder kreisen zwei Körper um den Braunen Zwerg?
Die Radialgeschwindigkeiten lassen sich mit zwei unterschiedlichen Modellen beschreiben. Beide passen ähnlich gut zu den Messwerten.
| Modell | Mögliche Erklärung | Bewertung |
| Ein Satellit | Ein Körper mit mindestens rund 0,9 Jupitermassen und einer Umlaufzeit von etwa 171 Tagen | Langfristig stabil und daher das bevorzugte Modell |
| Zwei Satelliten | Ein äußerer Körper mit rund 171 Tagen sowie ein leichterer innerer Körper mit etwa 87 Tagen Umlaufzeit | In den meisten untersuchten Konfigurationen dynamisch instabil |
Beim zweiten Modell befänden sich die beiden Körper annähernd in einer 2:1-Bahnresonanz. Während der äußere Satellit einmal um den Braunen Zwerg kreist, würde der innere ungefähr zwei Umläufe zurücklegen.
Simulationen zeigen jedoch ein Problem: In den meisten untersuchten Konfigurationen wäre das System so chaotisch, dass einer der beiden Satelliten innerhalb von 500 Jahren hinausgeschleudert würde. Stabil bliebe es nur unter besonderen Bedingungen. Die beiden Körper müssten sich auf fast derselben Bahnebene, aber in entgegengesetzter Richtung bewegen.
Das Modell mit einem einzigen Satelliten bleibt dagegen auch über lange Zeiträume stabil. Die Forschenden halten es daher für die wahrscheinlichere Erklärung. Anhand der bisherigen Radialgeschwindigkeiten lassen sich die beiden Modelle jedoch noch nicht eindeutig unterscheiden. Zusätzliche Messungen könnten helfen, weil sich ihre vorhergesagten Bewegungskurven mit der Zeit auseinanderentwickeln.
Planet oder Mond?
Auch bei einer Bestätigung bliebe die Frage offen, wie der Körper bezeichnet werden soll. Ein Satellit ist zunächst jedes Objekt, das einen anderen Körper umkreist. Als Exomond gilt gewöhnlich ein natürlicher Satellit außerhalb unseres Sonnensystems. Eine allgemein anerkannte Definition existiert jedoch nicht.
Dynamisch ähnelt das Objekt einem Mond: Es bildet die unterste Ebene des dreistufigen Systems und kreist um einen deutlich massereicheren Körper. Mit mindestens annähernd einer Jupitermasse besitzt es zugleich eine typische Planetenmasse.
Die Autoren verweisen zudem auf eine von der Internationalen Astronomischen Union verwendete Abgrenzung. Danach können Objekte unterhalb der Grenze zur Deuteriumfusion auch als Planeten gelten, wenn sie einen Braunen Zwerg umkreisen und das Massenverhältnis bestimmte Bedingungen erfüllt. Nach dieser Einteilung wäre der Körper ein Planet, obwohl er innerhalb des Gesamtsystems die Position eines Mondes einnimmt.
Das Forschungsteam verwendet deshalb den neutraleren Begriff „Exosatellit“. Auch die Nachweisstärke formulieren die Beteiligten vorsichtig. Sie sprechen von der ersten plausiblen Detektion eines solchen Körpers, nicht von einer abschließend bestätigten Entdeckung.
Was weitere Beobachtungen klären müssen
Trotz mehr als 6000 entdeckter Exoplaneten ist bislang kein Exomond zweifelsfrei bestätigt. Zwar gibt es mehrere Kandidaten, doch die Signale blieben umstritten oder ließen sich auch anders erklären.
Weitere Beobachtungen müssen nun drei zentrale Fragen beantworten:
- Bleibt das 170-Tage-Signal über zusätzliche Umläufe erhalten?
- Kreist ein einzelner Körper oder ein komplexeres System um den Braunen Zwerg?
- Wie groß ist die tatsächliche Masse des Satelliten?
Neue Möglichkeiten soll das Extremely Large Telescope der ESO bieten. Sein Hauptspiegel wird einen Durchmesser von 39 m erreichen. Zusammen mit neuen Instrumenten soll das ELT auch kleinere und masseärmere Satelliten nachweisen können – also Objekte, die den Monden unseres Sonnensystems stärker ähneln.
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