Hubble-Bild von Messier 51. (NASA, ESA, S. Beckwith/STScI & Hubble Heritage Team/STScI/AURA) In einer 31 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie glauben Astronomen, gerade Hinweise auf einen Planeten gefunden zu haben.
Nach einer sorgfältigen Forschungsarbeit, bei der Tausende von Signalen untersucht wurden, hat ein Team unter der Leitung von Rosanne Di Stefano vom Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics festgestellt, dass ein starker Rückgang des Röntgenlichts der Whirlpool-Galaxie am besten durch einen extragalaktischen Planeten erklärt werden kann.
Die Forscher haben diesen Extroplaneten M51-ULS-1b getauft, und seine Entdeckung könnte die Art und Weise verändern, wie wir nach Planeten außerhalb des Sonnensystems suchen – in der Milchstraße und darüber hinaus.
„Wir fühlen uns geehrt, dass wir zu dieser Arbeit beitragen konnten“, sagte Di Stefano gegenüber Energyeffic.
„Es zeigt eine neue Methode, mit der die Gemeinschaft neue Planeten sowohl in der Milchstraße als auch in anderen Galaxien finden kann.“ Und wir fühlen uns geehrt, dass die Entdeckung eines möglichen Extroplaneten in einer anderen Galaxie diese Arbeit mit einer langen und interessanten Geschichte verbindet.“
Röntgenbinär M51-ULS-1 vor und während der Veranstaltung. (Di Stefano et al., Nat. Astron., 2021)
Die Entdeckung von Exoplaneten in der Milchstraße ist schon eine Herausforderung. Meistens bestimmen wir die Anwesenheit von Planeten, die die Sterne der Milchstraße umkreisen, durch Schlussfolgerungen – indem wir die Auswirkungen beobachten, die sie auf den Stern selbst haben, anstatt den Exoplaneten direkt zu entdecken.
Eine dieser Methoden ist die Transitmethode. Wenn ein Exoplanet während seiner Umlaufbahn zwischen uns und seinem Stern vorbeizieht, können wir schwache Änderungen in der Helligkeit des Sterns erkennen, die als Lichtkurve bezeichnet werden. Dies wird als Transit bezeichnet, da er das Licht des Sterns nicht vollständig blockiert (nicht einmal annähernd, im Fall exoplanetarer Transite!).
In eine Arbeit aus dem Jahr 2018 , zeigten Di Stefano und ihre Kollegin Nia Imara, dass ein Exoplanet einen anderen Effekt auf eine Art Doppelstern namens an haben könnte Röntgen-Binärbild . Hierbei handelt es sich um Sternpaare, die so nahe beieinander liegen, dass der eine dem anderen Material entzieht und ansammelt, ein Prozess, der Röntgenstrahlung erzeugt. Obwohl sie hell sind, handelt es sich bei diesen akkretierenden Sternen typischerweise um physikalisch kleine Neutronensterne oder Sternmassen Schwarze Löcher . Diese geringe Größe könnte eine vollständige oder nahezu vollständige Verfinsterung der Röntgenstrahlung ermöglichen.
„Natürlich wussten wir nicht, ob Planeten typischerweise Röntgendoppelsterne umkreisen, aber es gab einige Gründe zu der Annahme, dass es sinnvoll ist, nach ihnen zu suchen“, sagte Di Stefano.
„Die Suche erfordert viel Zeit und Sorgfalt, insbesondere um ein erstes Exemplar zu finden, das besonders sorgfältig getestet und unter die Lupe genommen werden muss.“ Im nächsten Sommer arbeiteten einige Gaststudenten mit mir zusammen, und ihre Teilnahme bot eine gute Gelegenheit, mit der Suche zu beginnen.“
Das Team nutzte Beobachtungen von drei Galaxien – der Whirlpool-Galaxie (M51), der Pinwheel-Galaxie (M101) und der Sombrero-Galaxie (M104), die mit zwei Weltraum-Röntgenobservatorien, Chandra und XMM-Newton, gemacht wurden. Aus diesen Beobachtungen extrahierten die Forscher 2.624 binäre Röntgenlichtkurven und machten sich an die Suche nach einer extroplanetaren Sonnenfinsternis.
Von den Tausenden Signalen stimmte jedoch nur eines mit dem überein, was das Team suchte. Es handelte sich um einen ultrahellen Röntgendoppelstern namens M51-ULS-1, der aus einem ultradichten kleinen Objekt bestand (es ist unklar, ob es sich um ein... handelt). schwarzes Loch oder ein Neutronenstern ) und einem massereichen Begleiter, etwa einem heißen, hellen Stern vom Typ B.
Die von M51-ULS-1 gezeigte Lichtkurve der Sonnenfinsternis. (Di Stefano et. al., Nat. Astron., 2021)
Während der Beobachtungen blieb die Helligkeit des Sterns mehr oder weniger konstant – bis auf eine dreistündige Zeitspanne, in der es dunkel wurde. Darüber hinaus waren die Helligkeitswerte vor und nach dem Lichteinbruch gleich, was darauf hindeutet, dass die Ursache für die Verdunkelung etwas Äußeres war und keine Interaktion innerhalb der binären Beziehung.
Der nächste Schritt bestand darin, festzustellen, um welchen externen Einfluss es sich handeln könnte. Das Team prüfte sorgfältig Optionen wie andere kleine Sterne und Braune Zwerge und legte dabei besonderes Augenmerk auf Gaswolken, die in Röntgendoppelsternen häufig vorkommen.
Letztendlich stellten sie fest, dass ein Extroplanet von der Größe des Saturn, der den Doppelstern in einer Entfernung von mehreren zehn astronomischen Einheiten umkreist, am besten zu ihren Daten passte.
„Die Aufregung nahm langsam zu“, sagte Di Stefano.
„Zuerst erkannten wir die faszinierende Möglichkeit, aber es gab viele Gründe, vorsichtig zu sein.“ „Wir mussten alle Alternativen sorgfältig abwägen, und die vollständige Analyse umfasste mehrere verschiedene Teile, von denen jedes eine Übereinstimmung mit einer Planeteninterpretation aufweisen und andere Möglichkeiten ausschließen musste.“
Es ist unwahrscheinlich, dass der Extroplaneten-Kandidat bestätigt wird. Dazu sind in der Regel mehrere Helligkeitsabfälle in regelmäßigen Abständen erforderlich, und bei seiner Umlaufentfernung braucht M51-ULS-1b zu lange, um seine Sterne zu umkreisen. Aber, sagte Di Stefano, alle verfügbaren Daten stimmen mit dem überein, was wir von einem umlaufenden Extroplaneten sehen würden.
Die Möglichkeit, diese Entdeckung zu bestätigen, wäre die Identifizierung weiterer Röntgenfinsternisse, sowohl innerhalb als auch außerhalb der Milchstraße. Aber nachdem man eine Entdeckung gemacht hat, scheint die nächste nur eine Frage der Zeit zu sein.
„Diese Arbeit demonstriert eine neue Methode mit dem Potenzial, Planeten in einer Vielzahl von Systemen zu entdecken, die Röntgenquellen beherbergen“, schrieben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Da die leuchtkräftigsten Röntgenquellen in externen Galaxien nachgewiesen werden können, ist die Suche nach Extroplaneten, also Planeten in Umlaufbahnen außerhalb der Milchstraße, mittlerweile zu einem realistischen und praktischen Unterfangen geworden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .