Haben Astronominnen und Astronomen gerade den ersten Exomond entdeckt – oder ist es doch etwas anderes? Genau um diese Frage geht es in einer neuen Studie, die zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ angenommen wurde und bereits als Vorabdruck auf dem Dokumentenserver „arXiv“ einsehbar ist. Ein internationales Team um den Astrophysiker Quentin Kral hat darin Hinweise auf einen Himmelskörper gefunden, der einen weit entfernten Gasriesen umkreisen könnte. In der Studie heißt es, diese Arbeit zeige, dass sich mit einer neuen Messmethode erstmals systematisch nach Monden um ferne Planeten suchen lässt – nach sogenannten Exomonden, deren Existenz bisher noch nicht eindeutig bestätigt ist.

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Möglicher erster Exomond: Exomond-Kandidat um HD 206893 b

Im Mittelpunkt der Untersuchung steht der Exoplanet HD 206893 b. Ein Exoplanet ist ein Planet, der nicht um unsere Sonne kreist, sondern um einen anderen Stern. HD 206893 b ist ein extrem massereicher Gasriese in rund 133 Lichtjahren Entfernung. Er hat etwa den 1,25-fachen Radius des Jupiter und ist deutlich schwerer als der größte Planet unseres Sonnensystems. Astronominnen und Astronomen nutzen Jupiter wegen seiner Größe gern als Vergleichsmaß und sprechen dann von „Jupitermassen“ – eine Jupitermasse entspricht also der Masse des Jupiter. HD 206893 b bringt ein Vielfaches dieser Jupitermasse auf die Waage und benötigt etwas mehr als 25 Jahre für einen Umlauf um seinen Stern.

Das Forschungsteam um Kral hat in den Daten Hinweise auf ein zweites Objekt gefunden, das diesen Planeten umkreisen könnte. In der Studie wird dieser Begleiter als möglicher Exomond beschrieben. Er wäre deutlich kleiner als der Planet selbst, aber immer noch ein sehr massereicher Mond und käme nach den Berechnungen des Teams ungefähr auf die Größenordnung eines großen Gasplaneten. Seine Umlaufzeit um HD 206893 b wird auf ungefähr neun Monate geschätzt.

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Exomond-Suche mit Astrometrie: Wie VLTI/GRAVITY winzige Wackler misst

Um den möglichen Mond zu finden, nutzte das Team eine Methode, die Astrometrie heißt. Astrometrie ist im Kern die Kunst, Positionen von Sternen und Planeten extrem genau zu vermessen und ihre minimalen Bewegungen zu verfolgen. Wenn ein Planet nicht ganz gleichmäßig um seinen Stern läuft, sondern ein wenig „wackelt“, kann das darauf hinweisen, dass noch ein weiteres Objekt an ihm zieht – etwa ein Mond.

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Für ihre Messungen bedienten sich die Forschenden des Instruments GRAVITY am Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte. Dabei handelt es sich um eine Anlage, bei der mehrere große Teleskope so zusammengeschaltet werden, dass sie wie ein einziges riesiges Teleskop wirken. GRAVITY kann dadurch winzige Verschiebungen am Himmel messen, viel kleiner als das, was ein einzelnes Teleskop erfassen könnte.

In der Studie heißt es, GRAVITY sei entwickelt worden, um Positionsänderungen im Bereich von Mikro-Bogensekunden zu messen. Das sind so geringe Winkel, dass man sie sich kaum vorstellen kann: Es entspricht in etwa dem Versuch, aus Tausenden von Kilometern Entfernung zu erkennen, um wie wenige Millimeter sich ein Objekt bewegt. Das Team berichtet, es habe mit GRAVITY Schwankungen in der Position von HD 206893 b gefunden, die sich über Zeiträume von Tagen bis Jahren erstrecken. Aus genau diesen Schwankungen rekonstruieren die Forschenden die möglichen Eigenschaften des Begleiters – etwa seine Masse und seine Umlaufzeit.

Doppelplanet oder Exomond? Warum die Definition noch fehlt

So verlockend es wäre, von einem „ersten Exomond“ zu sprechen: Die Forschenden selbst warnen davor, zu schnell zu große Versprechen zu machen. Laut dem Team um Kral ist nicht sicher, ob das neu entdeckte Objekt tatsächlich ein Mond von HD 206893 b ist. In der Studie heißt es, es bleibe „eine gewisse Unklarheit“, ob das Paar nicht auch als Doppelplanet zu verstehen sei. Von einem Doppelplaneten sprechen Fachleute, wenn zwei vergleichsweise große Körper einander umkreisen und ihr gemeinsamer Schwerpunkt zwischen ihnen liegt.

Genau hier beginnt die Unsicherheit: Wo verläuft die Grenze zwischen einem „großen Mond“ und einem „zweiten Planeten“? Die Autorinnen und Autoren weisen darauf hin, dass es bislang keine allgemein akzeptierte Definition für den Begriff „Exomond“ gibt. Es gibt keine festgelegte Massegrenze und keine einheitliche Regel, ab wann ein Objekt als Mond und ab wann es als Planet gilt. Die Forschenden machen deutlich, dass diese Abgrenzung künftig in weiteren Untersuchungen genauer diskutiert werden müsse, vor allem dann, wenn mehr solcher Systeme gefunden werden.

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Exoplaneten und Exomonde: 6000 bekannte Exoplaneten, aber noch kein bestätigter Exomond

Während Exomonde noch auf ihre erste gesicherte Entdeckung warten, ist die Welt der Exoplaneten inzwischen erstaunlich voll. Nach Angaben der US-Weltraumbehörde NASA sind derzeit etwa 6000 Exoplaneten bestätigt, dazu kommen über 8000 weitere Kandidaten, die noch überprüft werden müssen. Für Exomonde existiert dagegen nur eine kleine Handvoll Kandidaten – und keiner davon ist bislang bestätigt.

Zu den bekanntesten früheren Kandidaten zählen Kepler-1625 b-i und Kepler-1708 b-i. Sie wurden 2017 von den Forschern Alex Teachey und David Kipping von der Columbia University in New York als mögliche Exomonde um zwei entfernte Gasriesen vorgestellt. Sie liegen in etwa 7500 beziehungsweise 5500 Lichtjahren Entfernung. Eine umfangreiche Studie aus dem Jahr 2024 kam nach erneuter Analyse von Hubble- und Kepler-Daten jedoch zu dem Schluss, dass die Signale nicht ausreichen, um von echten Exomonden zu sprechen. Sie wurden damit gewissermaßen wieder „zurückgestuft“.

Forschung: Warum Exomonde so schwer zu entdecken sind

Dass Exomonde bislang so schwer aufzuspüren sind, hat einen einfachen, fast banalen Grund: Sie sind klein. Monde sind im Vergleich zu ihren Mutterplaneten in der Regel deutlich leichter und viel lichtschwächer. Das macht sie zu einem äußerst schwierigen Ziel für Teleskope. In der Studie zu HD 206893 b wird dieses Größenverhältnis sehr deutlich: Die Forschenden schätzen, dass der Planet etwa das 28-Fache der Masse des Jupiter besitzt. Der mögliche Mondkandidat um HD 206893 b käme im Vergleich nur auf rund 0,4 Jupitermassen – also auf weniger als die Hälfte der Masse des Jupiter. Im Maßstab unseres Sonnensystems wäre das ein gewaltiger Mond, im Verhältnis zu seinem riesigen Planeten bleibt er aber ein kosmisches Leichtgewicht.

Ähnlich ist es bei den früher diskutierten Kandidaten: Die Planeten Kepler-1625 b und Kepler-1708 b wurden auf etwa 30-mal so viel Masse wie die Erde beziehungsweise rund 4,6-mal so viel Masse wie Jupiter geschätzt. Auch hier dienen Erde und Jupiter als Bezugspunkte für die Maßeinheiten: Eine Erdmasse entspricht dabei der Masse unserer Erde. Die möglichen Exomonde sollten – vor der kritischen Neubewertung im Jahr 2024 – grob zwischen 10 und 20 Erdmassen beziehungsweise 5 und 15 Erdmassen liegen. Schon diese breite Spanne zeigt, wie unsicher solche Abschätzungen sind und wie nah die Signale an der Grenze dessen liegen, was die Messmethoden derzeit hergeben.

In der nun vorliegenden Arbeit argumentiert das Team, dass genau hier die Stärke der Astrometrie mit VLTI/GRAVITY liegt. Durch die extrem präzise Vermessung der Planetenposition sollen sich selbst die feinen Störungen durch einen vergleichsweise leichten Begleiter nachweisen lassen. Wörtlich heißt es: „Während die Entdeckung um HD 206893 B noch einer weiteren Validierung bedarf, legt diese Studie die Methodik fest und beweist die Machbarkeit der Technik.“ GRAVITY sei derzeit das einzige Instrument, Exomonde im Bereich von Neptunmassen oder darunter aufzuspüren – vorausgesetzt, es stehen genügend Beobachtungszeit und hochwertige Daten zur Verfügung.