// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Gravitationswellen können Planeten um zwei Weiße Zwerge verraten
Planeten um zwei eng umeinander kreisende Weiße Zwerge sind bisher nicht nachgewiesen. Zwei neue Studien beschreiben, wie das geplante Weltraumobservatorium LISA solche Welten über winzige Veränderungen von Gravitationswellensignalen aufspüren könnte. Das James-Webb-Teleskop könnte mögliche Funde bei ausreichend nahen Systemen durch Infrarotmessungen überprüfen.
Greenbelt (U.S.A.). Exoplaneten lassen sich häufig nur indirekt entdecken, weil ihre Sterne sie überstrahlen. Während bisherige Verfahren meist Veränderungen im Licht registrieren, könnte künftig sogar ein Gravitationswellensignal verraten, ob ein ferner Planet einen Doppelstern umkreist.
Die dabei interessierenden Sterne sind Weiße Zwerge, die dichten Überreste sonnenähnlicher Sterne. Bei besonders eng umlaufenden Paaren erzeugt ihre Bewegung regelmäßige Gravitationswellen, deren Frequenz durch die Schwerkraft eines zusätzlichen Planeten geringfügig verändert werden könnte.
Der Astrophysiker Dr. Casey McGrath von der University of Maryland, Baltimore County (UMBC) hat in der ersten Studie theoretisch untersucht, wie sich ein Planet in solchen Wellen bemerkbar machen würde. Dabei überträgt er das Prinzip der Radialgeschwindigkeitsmethode, mit der Exoplaneten bislang über periodische Verschiebungen von Spektrallinien nachgewiesen werden.
Ein umlaufender Planet zieht das Paar aus Weißen Zwergen geringfügig mit, sodass sich auch die Quelle der Gravitationswellen auf uns zu und von uns weg bewegt. Dadurch verändert der Dopplereffekt den beobachteten Wellentakt, ähnlich wie bei der Bewegung eines Sterns, dessen Licht spektroskopisch untersucht wird.
„Etwas Ähnliches geschieht bei Gravitationswellen“, erklärt Scott Noble vom Goddard Space Flight Center (GSFC).
Im nahezu gleichförmigen Gravitationswellensignal würden dadurch zusätzliche Frequenzanteile entstehen, sogenannte Seitenbänder neben dem Hauptsignal. Ihre Stärke und ihr Abstand könnten die Anwesenheit eines Begleiters anzeigen, sofern dessen Einfluss für LISA groß genug ist.
Besonders interessant sind enge Doppelsterne aus Weißen Zwergen mit Umlaufzeiten unter einer Stunde. Für die Milchstraße wird ihre Zahl auf etwa zehn Millionen geschätzt, während LISA voraussichtlich rund 10.000 dieser Systeme einzeln erfassen könnte. Diese Zahl bezeichnet Doppelsterne und nicht die Anzahl erwarteter Planeten.
Die zweite Studie von McGrath und Koautoren untersucht, wie sich mögliche LISA-Funde mit zusätzlichen Beobachtungen überprüfen ließen. Dabei spielt das James-Webb-Weltraumteleskop eine wichtige Rolle, denn ein großer Planet könnte mehr Infrarotlicht zum Gesamtsignal beitragen, als von den beiden lichtschwachen Weißen Zwergen allein zu erwarten wäre.
Ein solcher Überschuss im Infrarotbereich wäre ein von den Gravitationswellen unabhängiger Hinweis auf den Planeten. Für ein untersuchtes Modellsystem in 500 Lichtjahren Entfernung könnte Webb demnach einen Planeten mit etwa fünf Jupitermassen nachweisen.