Astronomen beschreiben neue Klasse lebensfreundlicher Exoplaneten

Andreas Müller

30/08/202107/09/2021 aktualisiert 4 min

Künstlerische Darstellung der Oberfläche eines ozeanbedeckten Hycean-Planeten um einen Roten Zwergstern (Illu.). Copyright: University of Cambridge — Künstlerische Darstellung der Oberfläche eines ozeanbedeckten Hycean-Planeten um einen Roten Zwergstern (Illu.).
Copyright: University of Cambridge

Cambridge (Großbritannien) – Eine neue Klasse von Exoplaneten, die sich stark vom Vorbild unserer Erde unterscheidet, könnte die Suche nach außerirdischem Leben bedeutend vorantreiben. Da diese Planeten häufiger sind als erdähnliche Planeten, steigt damit auch die Wahrscheinlichkeit auf außerirdisches Leben.

Bei der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten haben sich Astronomen bislang auf Planeten konzentriert, die in etwa erdengroß, ähnliche Temperaturen und Zusammensetzungen wie unser Heimatplanet aufweisen. Jetzt aber haben Forschende um Dr. Nikku Madhusudhan von der University of Cambridge eine neue Art von Exoplaneten beschrieben, die vermutlich noch lebensfreundlicher sein könnten als erdähnliche Planeten.

Wie das Team vorab via ArXiv.org und aktuell im „The Astrophysical Journal“ (DOI: 10.3847/1538-4357/abfd9c) berichtet, handelt es sich bei den als als „Hycean-Planeten“ bezeichneten Welten um von globalen Ozeanen bedeckte Planeten mit an Wasserstoff-reichen Atmosphären. Für Astrobiologen interessant ist zudem, dass diese Planetenklasse nicht nur häufiger als erdähnliche Planeten, sondern – weil größer als die Erde – auch leichter zu finden sein dürfte.

Vor dem Hintergrund der neuen Erkenntnisse vermuten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zudem, dass es nur noch wenige Jahre dauern wird, bis wir auf einem oder mehreren Hycean-Planeten Biosignaturen und damit deutliche Anzeichen für dortiges Leben finden werden. „Hycean-Planeten eröffnen eine völlig neue Perspektive und neue Wege für unsere Suche nach Leben außerhalb des Sonnensystems“, erläutert Madhusudhan.

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Schon jetzt hat das Team um Madhusudhan einige Hycean-Kandidaten identifiziert. Diese sind größer und heißer als unsere Erde – besitzen aber dennoch Eigenschaften, unter denen sich an ihrer Oberfläche gewaltige Ozeane halten können, in denen zumindest mikrobiologisches Leben möglich wäre, wie wir es von der Erde aus extremen wässrigen Umgebungen kennen.

Die Eigenschaften dieser Planeten weiten zudem jene Region um einen Stern bedeutsam aus, die als „habitablen Zone“ bezeichnet wird. Die habitable Zone beschreibt jene Abstandsregion um einen Stern, innerhalb derer ein Planet diesen umkreisen muss, damit sich aufgrund gemäßigter Temperaturen flüssiges Wasser – und damit die Grundlage zumindest des irdischen Lebens – bilden und halten kann.

„Diese Planeten könnten also auch dann noch Leben beheimaten, wenn sie eigentlich schon außerhalb der klassischen lebensfreundlichen Zone ihren Stern umkreisen“, so die Forschenden aus Cambridge.

Seit bald 30 wurden mittlerweile Tausende von sogenannten Exoplaneten entdeckt, Planeten also, die einen anderen Stern als unsere Sonne umkreisen. Die große Mehrheit dieser bislang bekannten Exoplaneten sind mindestens groß wie unsere Erde und Netptun. Diese „Super-Erden“ oder „Mini-Neptune“ können entweder hauptsächlich aus Gestein bestehen, Eisriesen mit einer wasserstoffreichen Atmosphäre sein – oder eine Zwischenform annehmen. Die meisten „Mini-Neptune“ sind größer als 1,6 Erden, kleiner als Neptun aber zu groß, um ein felsiges Inneres zu haben. Frühere Studien dieser Planeten hatten gezeigt, dass der Druck und die Temperaturen unterhalb der wasserstoffreichen Atmosphären zu hoch wäre, um hier Leben (wie wir es von der Erde kennen) zu ermöglichen. Dann aber entdeckte Madhusudhans Team mit dem Mini-Neptun „K2-18b“ eine Ausnahme und begann damit, weitere Analysen durchzuführen.

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Besagte Analysen führten dann zu der nun beschriebenen neuen Planeten-Klasse der Hycean-Planeten. Diese können bis zu 2,6 Mal größer sein als die Erde und – abhängig von ihrem Stern – atmosphärische Temperaturen von nahezu 200 Grad Celsius aufweisen. Zugleich könnten die Bedingungen in den globalen Ozeanen jedoch zumindest für die Entstehung mikrobischen Lebens geeignet sein.

„Unter dieser neuen Planetenklasse könnte es dann auch sogenannte Dunkle Hycean-Planeten geben, Planeten also, die schwerkraftmäßig (wie der Mond an die Erde) an ihren Stern rotationsgebunden sind, diesem also immer nur eine Seite zuweisen“, so Madhusudhan und führt dazu weiter aus: „Hier wäre es einzig die abgewandte Nachtseite dieser ‚kalten Hycean-Planeten, die zudem auch deutlich weniger Strahlung vom Stern abbekommen würde“.

Tatsächlich sind es gerade Planeten dieser Größe, die die bekannte Exoplaneten-Population dominieren, dennoch bislang aber wesentlich weniger untersucht wurden, als etwa die kleineren Super-Erden. Auf diese Weise sind Hycean-Planeten auch vielversprechende Kandidaten für die Suche nach Lebensspuren außerhalb unseres Sonnensystems. „Tatsächlich könnte sich hier außerirdisches Leben bislang sozusagen direkt vor unseren Augen versteckt haben.“

Allerdings sei es nicht nur alleine die Größe, die einen Hycean-Planeten ausmache, erläutern die Forschenden. „Es braucht auch weitere Aspekte wie etwa die richtige Planeten Masse, Temperatur und atmosphärische Eigenschaften, um einen Planeten als Hycean auszuweisen und zu bestätigen.

Um eben diese Faktoren und Bedingungen auf einem mehrere Lichtjahre entfernten Planeten bestimmen zu können, müssen Astronomen und Astronominnen zunächst überprüfen, ob der Planet seinen Stern innerhalb der passenden Distanz umkreist und dann nach jenen molekularen Signaturen suchen, wie sie die atmosphärischen und inneren Zusammensetzungen dieser Planeten ausweisen und aus denen auf die Existenz potenziell lebensfreundlicher Ozeane geschlussfolgert werden kann. Dann könnten sogenannte Biosignaturen – etwa Sauerstoff, Ozon. Methan und/oder auch Distickstoffmonoxid – vorhandenes Leben verraten, wie sie auch von der Erde als Biosignaturen bekannt sind. Aber auch auf der Erde in geringeren Mengen vorkommende Signaturen wie Chlormethan oder Methylthiomethan könnten auf einem Planeten mit einer wasserstoffreichen Atmosphäre mit wenig Sauerstoff oder Ozon ein vielversprechender Hinweis auf dortiges Leben sein.

„Bislang haben wir uns bei der Frage und Suche nach unterschiedlichen molekularen Signaturen stark auf erdähnliche Planeten konzentriert, was ja auch ein durchaus sinnvoller Anfang ist“, so Madhusudhan. „Angesichts der Hycean-Planeten könnten wir aber eine noch besser Chance haben, verschiedene Spuren-Biosignaturen zu finden. Es ist wirklich faszinierend festzustellen, dass es Leben auch auf Planeten geben könnte, die sich so sehr von unserer Erde unterscheiden.

Schon mit den Teleskopen der nächsten Generation könnten einige der vorhergesagten Biomarker in den Atmosphären von Hycean-Planeten entdeckt werden: „Je größer und wärmer der Planet und wasserstoffreicher seine Atmosphäre, desto wahrscheinlicher wäre es auch, atmosphärische Signaturen schon mit irdischen Teleskopen identifizieren zu können.“

Schon jetzt hat das Team um Madhusudhan einige potenzielle Hycean-Planeten als Hauptkandidaten für eine Untersuchung mit dem Hubble-Nachfolger, dem James Webb Space Telescope (JWST) beschrieben, das noch in diesem Jahr ins All starten soll. Alle diese Planeten umkreisen Rote Zwergsterne in 35 bis 150 Lichtjahren Entfernung – nach astronomischen Maßstäben also direkt vor unserer kosmischen Haustür. Schon jetzt ist eine direkte Beobachtung von K2-18b mit dem JWST fest eingeplant. „Der Nachweis einer dortigen Biosignatur würde unser Verständnis von Leben im Universum grundlegend verändern“. Erklärt der Astronom abschließend. „Wir sollten offen für eine Vielzahl an Orten sein, an denen wir Leben finden werden, ebenso für eine Vielzahl an möglichen Lebensformen. Schließlich hört die Natur nie auf, uns in zuvor kaum vorstellbarer Weise zu überraschen.“