Exoplaneten: Astronomen entdecken fernes Spiegelbild von Sonne und Erde
Copyright/Quelle: MPS / René Heller
Göttingen (Deutschland) – Astronomen haben einen ganz besonderen Exoplaneten entdeckt: Nicht nur, dass er einen sonnenähnlichen Stern umkreist, er ist zudem weniger als doppelt so groß wie unsere Erde und umkreist seinen Stern auf einer nahezu identischen Umlaufbahn, die es möglich macht, dass es auf der Planetenoberfläche Wasser in flüssiger Form – und damit die Grundlage zumindest des irdischen Lebens – geben könnte.
Wie das Team um René Heller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung gemeinsam mit Kollegen der Sternwarte Sonneberg, der Universität Göttingen, der University of California und der NASA aktuell im Fachjournal „Astronomy & Astrophysics“ (DOI: sss) berichten, umkreist der Planet mit der derzeitigen Bezeichnung „KOI-456.04“ den Stern „Kepler-160“. Dieser emittiert tatsächlich sichtbares Licht, während die Zentralsterne praktisch aller anderen Exoplaneten hingegen Infrarotstrahlung abgeben und kleiner und lichtschwächer als die Sonne sind, es sich also um sogenannte Rote Zwerge handelt.
Hintergrund
Mit Weltraumteleskopen wie COROT, Kepler und TESS haben Astronomen in den vergangenen 14 Jahren zahlreiche Planeten entdeckt, die um ferne Sterne kreisen. Mehr als 4.000 solcher „Exoplaneten“ sind bisher bekannt. In dieser Vielzahl finden sich zwar einige, die wie die Erde vorwiegend aus Gestein bestehen und auf denen angenehme Temperaturen herrschen dürften, „um aber einzuschätzen, wie lebensfreundlich ein Planet ist, muss man auch den dazugehörigen Stern im Blick haben“, sagt Heller. „Praktisch alle bisher bekannten Welten, die ungefähr so groß sind wie die Erde und auf denen moderate Temperaturen herrschen, kreisen um rote Zwerge. Sterne dieser Art existieren zwar sehr lange, sodass sich auf ihren erdähnlichen Planeten über Jahrmilliarden Leben hätte entwickeln können. Sie strahlen jedoch hauptsächlich Infrarotlicht ab, sind sehr lichtschwach – und wahrscheinlich Schauplatz gewaltiger Eruptionen. Ein weiterer Nachteil: Erträgliche Temperaturen würden nur auf Planeten herrschen, die in sehr geringen Abständen um diese Sterne kreisen. Die enorme Anziehungskraft würde die Planeten jedoch vermutlich verformen, extreme vulkanische Aktivität könnte die Folge sein. Es ist deshalb zweifelhaft, ob erdgroße Planeten um rote Zwerge günstige Bedingungen für das Entstehen von Leben bieten.“
In ihrer aktuellen Publikation beschreibt das Team um Heller nun erstmals einen Exoplaneten, der weniger als zweimal so groß ist wie die Erde und der lebensfreundliche Bestrahlung von einem sonnenähnlichen Stern erfährt.
Der Stern „Kepler-160“ befindet sich rund 3.140 Lichtjahre von der Erde entfernt und lag im Sichtfeld des mittlerweile abgeschalteten NASA-Weltraumteleskops „Kepler“. Mit einem Radius von etwa 1,1 Sonnenradien, einer Oberflächentemperatur von 5.200 Grad Celsius (nur etwa 300 Grad weniger als die unserer Sonne) und einer nahezu sonnengleichen Helligkeit mute der Stern wie ein Abbild unseres Zentralsterns an, berichten die Forscher.
Zudem besitz Kepler-160 mindestens zwei weitere Planeten: „Kepler-160b“ und „Kepler-160c“. Beide sind deutlich größer als die Erde und ihre Umlaufbahnen verlaufen sehr nahe um ihren Stern. Mit Temperaturen von mehr als 500 Grad Celsius ist es auf ihren Oberflächen zu heiß für erdartiges Leben. Schon seit ihrer Entdeckung ließen die Messdaten vermuten, dass die Anziehungskraft eines dritten, bisher unentdeckten Planeten die Umlaufbahn von Kepler-160c beeinflusst.
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Anhand der Helligkeitsmessungen von Kepler-160 haben René Heller und Kollegen eine Methode entwickelt, mit der sich extrem kleine, bisher übersehene Planeten aufspüren lassen. Bereits 18 solcher Welten hatten die Forschenden zuvor in den Daten des Kepler-Teleskops entdeckt.
Auf ihrer Suche nach Exoplaneten fahnden die Astronomen meist nach regelmäßig wiederkehrenden Helligkeitsschwankungen von Sternen. Diese können auf einen Planeten hindeuten, der von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorüberzieht und ihn dadurch minimal verdunkelt. Die Idee von Michael Hippke von der Sternwarte Sonneberg und René Heller war es, diese extrem kleine Verdunkelung physikalisch korrekt zu modellieren: nicht als sprunghafte Helligkeitsänderung, sondern zunächst als allmähliche Ab- und dann als sanfte Zunahme: „Besonders bei kleinen, etwa erdgroßen Exoplaneten kann dieser Unterschied in der Modellierung der Sternverdunklung ausschlaggebend sein“, sagt Heller. „Schließlich ist das gesuchte Signal so winzig, dass wir fast schon im Rauschen der Daten graben.“ Die vom Team um Heller verbesserte Suchmaske vergrößert jedoch den Unterschied zwischen Rauschen und Signal in kritischen Fällen entscheidend.
Auf diese Weise wurde die Gruppe nun also auch bei „Kepler-160“ fündig. „Unsere Auswertungen zeigen, dass sich dort mit hoher Wahrscheinlichkeit sogar zwei weitere Planeten befinden“, sagt der Max-Planck-Forscher. Mit einem Radius von 1,9 Erdradien und einer Umlaufdauer von etwas mehr als 378 Tagen sei ‚KOI-456.04‘wahrscheinlich eine spannende Gesteinswelt: „Sie kreist zudem innerhalb der habitablen Zone um Kepler-160 – also innerhalb jenes ringförmigen Bereichs um den Stern, in der lebensfreundliche Temperaturen zu erwarten sind.“
Für die Unregelmäßigkeiten in der Umlaufbahn seines Nachbarplaneten „“ ist jedoch nicht „KOI-456.04“, sondern der zweite neuentdeckte Planet Kepler-160d verantwortlich. Er zieht von der Erde aus gesehen nicht vor seinem Stern vorbei und erzeugt deshalb keine messbaren Helligkeitsschwankungen.
„KOI.456.04 ist mit 1,9 Erdradien vergleichsweise groß gegenüber manch anderen Planeten, die als lebensfreundlich gelten. Aber in Kombination mit seinem sonnenähnlichen Heimatstern Kepler-160 erscheint das System dem Gespann aus Sonne und Erde so ähnlich wie kein anderes Paar aus Stern und Planet, das wir kennen“, sagt Heller. Somit entspreche die Lichtmenge, die auf KOI-456.04 trifft, 93 Prozent des irdischen Wertes. Sollte eine Atmosphäre den Planeten umgeben, würden im Durchschnitt für Lebewesen recht erträgliche Temperaturen von fünf Grad Celsius gemessen werden – zehn Grad weniger als durchschnittlich auf der Erde.
Nicht völlig ausschließen lasse sich derzeit, dass ein systematischer Messfehler des Kepler-Teleskops die neuen Auswertungen verfälscht hat. Mit 15 Prozent sei die Wahrscheinlichkeit für solch einen Messfehler aber vergleichsweise gering. Die Forscherinnen und Forscher hoffen jetzt auf die Weltraummission PLATO (…GreWi berichtete), für die das Göttinger Max-Planck-Institut derzeit das künftige Datenzentrum aufbaut.
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