Die Erforschung des Universums hat bisher über 5.000 Exoplaneten nachgewiesen. Die meisten von ihnen umkreisen einen einzelnen Stern. Es gibt auch einige extrasolare Planeten, die Teil eines Mehrfachsternsystems sind. Genau diese fremden Welten wurden von einem Forschungsduo des Astrophysikalischen Instituts der Universität Jena untersucht.

Markus Mugrauer und Kai-Uwe Michel wollten herausfinden, wie viele der inzwischen bekannten Exoplaneten-Muttersterne einen oder sogar mehrere Begleitsterne besitzen. Zudem haben sie den gravitativen Einfluss der Mehrfachsysteme auf die Eigenschaften der Planetensysteme untersucht. 

Der Esa-Satellit Gaia. Bildrechte: ESA/ATG medialab

Dafür haben sie die neuesten Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops Gaia der europäischen Raumfahrtagentur Esa ausgewertet. Bei mehr als 2.200 Planeten-Muttersternen haben sie Hunderte Begleitsterne neu entdeckt – wurden also bei etwa jedem fünften Mutterstern fündig. Gleichzeit stieg damit auch die Anzahl an bekannten Exoplaneten, die sich in Mehrfachsternsystemen befinden.

Die Spanne des Abstandes zwischen Begleitstern und Mutterstern erstreckte sich von wenigen astronomischen Einheiten (AE) bis zu 10.000 AE. Eine astronomische Einheit entspricht etwa 150 Millionen Kilometer – dem mittleren Abstand der Erde zur Sonne. 

Es gibt auch eine breite Differenz bei der Masse der detektierten Begleitsterne. Einige von ihnen besitzen ungefähr acht Prozent der Masse unserer Sonne. Andere wiesen bis zu 2,4 Sonnenmassen auf. 

Mugrauer und Michel kommen in ihrer Studie zu dem Schluss, dass die entdeckten Mehrfachsternsysteme mit Exoplaneten überwiegend Doppelsterne sind. In vier der untersuchten Doppelsterne wurden Exoplaneten um jeden der beiden Sterne dieser Systeme gefunden. Einige Muttersterne haben sogar zwei Begleitsterne, die gemeinsam ein hierarchisches Dreifachsternsystem bilden. 

Grafik, die einen Planeten zeigt, der vom Licht zweier naher Sterne überstrahlt wird. Bildrechte: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Planeten in Mehrfachsternsystemen haben im Mittel eine neunmal höhere Masse als Einzelsternplaneten. Einen wesentlichen Einfluss darauf haben die gravitativen Störeinflüsse des Begleitsterns. Je stärker dieser Kräfte sind, desto höher ist auch die Planetenmasse, heißt es in einer Pressemitteilung vom 17. Januar 2024.

Die Gravitationskräfte des Begleitsterns erhöhen zudem die Bahn-Exzentrizität von Planeten in diesen Sternsystemen. "Es zeigte sich, dass diejenigen Exoplaneten mit den größten Bahn-Exzentrizitäten alle in Mehrfachsternsystemen zu finden sind", erklärt Mugrauer. 

Zudem hat das Duo eine Reihe von braunen Zwergen (sub-stellaren Objekten) entdeckt, die den Planeten-Mutterstern begleiten. Braune Zwerge sind weder richtige Planeten noch Sterne, sie haben eine Zwischenstellung inne. Ihre Masse ist geringer als 75 Jupitermassen, und damit können sie im Inneren keine Wasserstofffusion antreiben und zu einem Stern werden. 

Künstlerische Darstellung eines Systems, das zu den herausragenden Entdeckungen der Citizen-Science-Studie gehört: Ein weißer Zwerg, der von einem Paar Brauner Zwerge umkreist wird Bildrechte: NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Durchschnittlich wächst auch die Masse der braunen Zwerge an, wenn die gravitativen Störeinflüsse ihres Begleitsterns zunehmen. Das Forschungsduo konnte mit der aktuellen Untersuchung der Gaia-Daten somit einige neue Entdeckungen in unserem Universum machen.

pk