HD 110067: Sechs Planeten in Harmonie

von Ruth Titz-Weider (DLR), Oktober 2024

An dem etwas mehr als 100 Lichtjahre entfernten Stern HD 110067 wurden mit den Weltraumteleskopen TESS und CHEOPS sechs Planeten entdeckt (Luque et al, nature 2023). Das Besondere dabei sind die Umlaufzeiten dieser Planeten, denn sie stehen in kleinen ganzzahligen Verhältnissen zueinander, z. B. 3:2 oder 4:3. In der Zeit, die der Planet c für drei Umrundungen braucht, ist der Planet b zweimal um den Stern gekreist. In der Musik würde man dies Frequenzverhältnis als Quinte bezeichnen und das Verhältnis 4:3 als Quarte.

Die verschiedenen Resonanzen des HD11067-Systems. Quelle: ESA, mit deutschen Texten vom DLR.

Diese Harmonie der Umlaufzeiten hat sich vermutlich der Entstehung des Planetensystems ausgebildet und wurde durch keine katastrophalen Ereignisse verändert. Man kann also davon ausgehen, dass diese Anordnung über rund 8 Milliarden Jahre erhalten geblieben ist. Man hat auch schon andere Planetensysteme in harmonischer Anordnung gefunden, aber bei HD110067 ist es über die gesamte Kette von sechs Planeten erhalten und kann daher Aufschluss geben über die Entstehung und Entwicklung von Mehrplanetensystemen.

Da HD 110067 ein sehr heller Zwergstern ist – Helligkeit 8 Magnituden –, ist dieser Stern im Sternbild „Haar der Berenike“ auch in Zukunft ein hochinteressantes Beobachtungsziel, das man wohl bald genauer mit dem James-Webb-Teleskop beobachten wird.

Die Entdeckung und Charakterisierung haben sich über längere Zeit und unter Verwendung verschiedener Teleskope ereignet. Begonnen hat es mit dem NASA-Weltraumteleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite,), das im Frühjahr 2020 Helligkeitsschwankungen um den Stern HD 110067 entdeckte, die zwei Planetenkandidaten, sogenannten TESS Objects of Interest, TOI, zugeordnet wurden. Zwei Jahre später, im Februar und März 2022, beobachtete TESS den Stern ein zweites Mal. Aus den kombinierten Daten ergaben sich zwei Planeten. Der erste Planet HD 110067 b (der erste entdeckte Planet an einem anderen Stern bekommt immer den Buchstaben „b“), zeigte eine Umlaufzeit von 9 Tagen. Der zweite Planet HD 110067 c benötigt 13,6 Tage für seinen Sternumlauf. Aber es blieben Transitereignisse, die vorerst nicht weiter gedeutet werden konnten.

In dieses Rätsel konnten Beobachtungen des ESA-Weltraumteleskops CHEOPS (Characterising Exoplanet Satellite) mehr Licht bringen und einen dritten Planeten HD 110067 d bestätigen, der 20 Tage für eine Umrundung seines Sterns benötigt. Allerdings gab es in den Daten jedes TESS-Sektors noch weitere Dips in der Lichtkurve und damit einen Hinweis auf mögliche Transitereignisse von weiteren Planeten, die vor diesem Stern vorbeizogen, die aber nicht zugeordnet werden konnten. Unter der Annahme, dass die harmonische Anordnung weitergeführt werden kann, konnte man zwei Transits aus den beiden TESS-Sektoren – und damit zeitlich weit getrennt – einem vierten Planeten zuordnen: HD 110067 e mit einer Umlaufzeit von 30,8 Tagen. Dann gab es noch zwei einzelne Transits, hinter denen man zwei weitere Planeten, „f“ und „g“, vermutete. Aus den mathematischen Überlegungen stabiler Umlaufbahnen und möglicher Kombinationen von Umlaufzeiten, die sich widerspruchsfrei in die gefundenen Daten einfügten, ergaben sich die zwei weiteren Planeten: HD 110067 f mit 41,0 Tagen Umlaufzeit und HD 110067 g mit 54,7 Tagen Umlaufzeit.