Erstmals Atmosphäre um „kleine Super-Erde“ nachgewiesen


Künstlerische Darstellung des Exoplaneten GJ 1132b, der den roten Zwergstern GJ 1132 umkreist (Illu.).

Copyright: MPIA-Grafikabteilung

Göttingen (Deutschland) – Die Super-Erde „GJ 1132b“ umkreist den roten Zwergstern GJ 1132, nur 39 Lichtjahre von der Erde entfernt. Jetzt ist es einem Astronomenteam erstmals gelungen eine Atmosphäre um diesen erdgroßen Planeten nachzuweisen. Zugleich ist es der erste Nachweis einer Atmosphäre um eine kleine Super-Erde mit vergleichsweise niedriger, erdähnlicher Masse, überhaupt – und damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg hin zu einem Nachweis von Leben auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.

Die Astronomen um John Southworth von der Keele University nutzten das 2,2-Meter-ESO/MPG-Teleskop in Chile, um den Heimatstern des Planeten, den Roten Zwerg „GJ 1132“ aufzunehmen und jene kleinsten Helligkeitsschwankungen nachzuweisen, die immer dann auftreten, wenn ein Planet entlang der Sichtachse zu seinem Stern vor dessen „Sonnenscheibe“ in einem sogenannten Transit vorbeizieht.

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„Das ist zwar noch lange nicht der Nachweis von Leben auf einem anderen Planeten, aber ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung“, kommentiert die Pressemitteilung des an der Entdeckung beteiligten Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und führt weiter aus: „Der Nachweis einer Atmosphäre um die Supererde GJ 1132b ist der erste solche Nachweis für einen Planeten, dessen Masse- und Radiuswerte nicht allzu weit von denen der Erde abweichen.“

Zwar wurde bereits zuvor schon eine Atmosphäre um die Super-Erde „55 Cancri e“ entdeckt, doch ist dieser Planet mit rund acht Erdmassen im Vergleich zu dem jetzt diskutierten „GJ 1132b“ mit seinen nur 1,6 Erdmassen und 1,4 Mal dem Radius der Erde der Erde aber deutlich ähnlicher. Modellrechnungen zufolge herrscht auf GJ 1132b aufgrund seiner Nähe zu seinem Stern jedoch eine Temperatur zwischen 136 und 306 °C – für Leben, wie wir es von der Erde kennen also zu heiß. Stattdessen dürfte er damit eher unserer Venus ähneln.

Hintergrund: Wie wurde die Atmosphäre nachgewiesen?
Die Größe von Sternen wie GJ 1132 ist aus Sternmodellen bekannt. Aus dem Bruchteil des Sternenlichts, das während des Transits eines Planeten abgeschattet wird, können Astronomen Rückschlüsse auf die Größe des Planeten ziehen. GJ 1132b ist danach rund 1,4 Mal so groß wie die Erde. Entscheidend ist nun, dass die neuen Beobachtungen bei einer der Infrarotwellenlängen einen noch größeren Planetenumfang zeigen. Das deutet daraufhin, dass der Planet eine Atmosphäre besitzt, die für diese spezifische Infrarotwellenlänge undurchsichtig ist (und den Planeten daher größer erscheinen lässt), bei den andern Wellenlängen aber durchsichtig. Mitglieder des Teams von der Universität Cambridge und vom MPIA simulierten daraufhin verschiedene Atmosphärenvarianten. Den Modellen nach könnte eine Atmosphäre, die reich ist an Wasser und Methan, die Beobachtungen gut erklären.
Quelle: MPIA

Von den nächsten Schritten – also der Analyse von Atmosphären um Exoplaneten, erhoffen sich Astrobiologen mittelfristig auch, Rückschlüsse auf eventuell vorhandenes Leben auf den entsprechenden Planeten ziehen zu können. Das ist etwa durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung der Planetenatmosphäre und der Suche nach Störungen des chemischen Gleichgewichts möglich, wie sie eigentlich nur durch die Anwesenheit lebender Organismen erklärt werden können. „Im Falle unserer Erde ist das große Übermaß an Sauerstoff in unserer Atmosphäre eine solche Spur“, erläutern die Forscher.

Zwar dürfte bis zu einem solchen Nachweis noch einige Zeit vergehen, da bis zur hier beschriebenen Entdeckung die einzigen nachgewiesenen Atmosphären von Exoplaneten solche von Gasriesen oder von deutlich massereicheren Super-Erden waren, sei die aktuelle Beobachtung ein „erster vorsichtiger Schritt hin zur Untersuchung der Atmosphären von kleineren und damit deutlich erdähnlicheren Planeten“.

Zum Thema

In ihrem vorab via ArXiv.org und danach im „The Astronomical Journal“ (DOI: 10.3847/1538-3881/aa6477) geben die Astronomen zugleich aber auch zu bedenken, dass ihre Entdeckung mit den üblichen Einschränkungen derartiger Exoplaneten-Beobachtungen einhergeht. „Wir wissen zwar, dass GJ 1132b eine sogenannte Super-Erde ist, nämlich ein Planet mit rund 1,6 Mal der Erdmasse (wie frühere Beobachtungen gezeigt haben) und in etwa so groß wie unser Heimatplanet. Die Daten reichen aber nicht aus, um im Einzelnen nachzuweisen, wie ähnlich oder unähnlich der Planet unserer Erde tatsächlich ist. Eine Möglichkeit ist beispielsweise eine ‚Wasserwelt‘ mit einer Atmosphäre aus heißem Wasserdampf.“

Dennoch sei aber bereits die Existenz der Atmosphäre Grund zum vorsichtigen Optimismus: „M-Zwerge wie GJ 1132 sind der häufigste Sterntyp überhaupt. Allerdings handelt es sich um aktive Sterne, deren Aktivität (z.B. Massenauswürfe und Ströme geladener Teilchen) je nach Umständen genug sein kann, um die Atmosphäre nahegelegener Planeten schlicht wegzublasen.“

Damit stellt „GJ 1132b“ also ein hoffnungsvolles Gegenbeispiel für schon von Beginn an lebensfeindliche Welten um rote Zwergsterne dar: „Mit einer Atmosphäre, die offenbar Milliarden von Jahren überdauert hat (nämlich lange genug, um heute von uns nachgewiesen zu werden). Gegeben die große Anzahl an M-Sternen, könnten solche langlebigen Atmosphären bedeuten, dass die Voraussetzungen für Leben im Universum recht häufig sind.“

Jetzt soll GJ 1132b schon bald Ziel für weitere Untersuchungen etwa mit dem Weltraumteleskop Hubble, dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) werden und ab 2018 dann auch mit dem Hubble-Nachfolger, dem James-Webb-Weltraumteleskop untersucht werden.

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