Neue Methode bildet möglichen Planeten in lebensfreundlicher Zone um Alpha Centauri ab

Das Signal „C1“ könnte das eines Planeten innerhalb der lebensfreundlichen Zone um Alpha Centauri sein. Copyright/Quelle: Wagner et al. / University of Arizon/ Nature
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Das Signal „C1“ könnte das eines Planeten innerhalb der lebensfreundlichen Zone um Alpha Centauri sein. Copyright/Quelle: Wagner et al. / University of Arizon/ Nature

Das Signal „C1“ könnte das eines Planeten innerhalb der lebensfreundlichen Zone um Alpha Centauri sein.
Copyright/Quelle: Wagner et al. / University of Arizon/ Nature

Tucson (USA) – Ein internationales Astronomen-Team berichtet über die jüngsten Fortschritte in den Bemühungen um direkte Abbildungen potenziell lebensfreundlicher Planeten um sonnennahe Sterne. Eine erste Suche mit der neuen Methode erbrachte denn auch erste Hinweise auf einen Planeten innerhalb der lebensfreundlichen Zone um den Sonnennachbar Alpha Centauri.

Wie das Team um Kevin Wagner von der University of Arizona aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ (DOI: 10.1038/s41467-021-21176-6) berichtet, haben sie ein System entwickelt, mit dem durch eine Kombination von Beobachtungen im mittleren Infrarotbereich und sehr langen Beobachtungszeiten selbst mit bodengestüzten Teleskopen, direkt Bilder entsprechender Planeten aufgenommen werden, wenn diese mindestens doppelt so groß sind wie die Erde und sonnennahe Sterne innerhalb deren „habitabler Zone“ umkreisen. Bei dieser „lebensfreundlichen Zone“ handelt es sich um jene Abstandregion, innerhalb derer ein Planet einen Stern umkreisen muss, damit aufgrund milder Temperaturen Wasser in flüssiger Form – und damit die Grundlage zumindest des irdischen Lebens – existieren kann.

Bislang wurden die Bemühungen, Exoplaneten – also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems – direkt abzubilden, durch technologische Einschränkungen behindert, was dazu führte, dass man sich mit derzeitiger Technologie vermehr auf die Ablichtung von besser sichtbaren Planeten konzentrierte – Planeten, die viel größer als Jupiter sind und sehr junge Sterne weit außerhalb des der habitablen Zonen umkreisen.

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“Wenn wir Planeten mit Bedingungen finden wollen, die für das Leben geeignet sind, wie wir es kennen, müssen wir in den bewohnbaren Zonen um ältere, sonnenähnliche Sterne nach felsigen Planeten suchen, die ungefähr die Größe der Erde haben”, erläutert Wagner.

Wie die Forschenden im aktuellen Fachartikel erläutern, bietet die Methode nun eine mehr als zehnfache Verbesserung gegenüber den bisherigen Fähigkeiten zur direkten Beobachtung von Exoplaneten.

„Die meisten Studien zur Exoplaneten-Bildgebung haben Infrarotwellenlängen von weniger als 10 Mikrometern untersucht und dadurch knapp vor jenem Wellenlängenbereich aufgehört, in dem gerade solche Planeten am hellsten leuchten“, erklärt Wagner und führt dazu weiter aus: “Hierfür gibt es einen guten Grund, weil die Erde selbst innerhalb diesen Wellenlängen scheint und Infrarotemissionen vom Himmel, der Kamera und dem Teleskop selbst die Signale Leicht übertönen können.

Ein guter Grund, sich also gerade auf diese Wellenlängen zu konzentrieren, sei der, dass ein erdähnlicher Planet in der bewohnbaren Zone um einen sonnenähnlichen Stern gerade in diesem Spektrum am hellsten leuchten wird.

Aktuell nutzen Wagner und Kollegen das „Very Large Telescope“ (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile, um unser nächstgelegenes Nachbarsternsystem zu beobachten: Alpha Centauri, nur 4,4 Lichtjahre entfernt.

Hintergrund
Alpha Centauri ist ein Dreifachsternsystem und besteht aus zwei Sternen – Alpha Centauri A und B -, die in Größe und Alter der Sonne ähnlich sind und sich als binäres System umkreisen. Der dritte Stern, Alpha Centauri C, besser bekannt als Proxima Centauri, ist ein viel kleinerer roter Zwerg, der seine beiden Geschwister in großer Entfernung umkreist. Ein Planet, der nicht ganz doppelt so groß wie die Erde ist und in der bewohnbaren Zone um Proxima Centauri umkreist, wurde bereits indirekt durch Beobachtung der Radialgeschwindigkeitsänderung des Sterns oder des winzigen Wackelns eines Sterns unter dem Zug des bislang noch nicht abgebildete Planeten entdeckt. (Quelle: University of Arizona)

Laut den Autoren der Studie könnten Alpha Centauri A und B ähnliche Planeten beherbergen, doch seien indirekte Nachweismethoden noch nicht empfindlich genug, um felsige Planeten in ihren weiter vom Stern entfernten lebensfreundlichen Zonen zu finden.

“Mit der direkten Bildgebung können wir jetzt zum ersten Mal diese Nachweisgrenzen überschreiten”, so Wagner. Um die Empfindlichkeit des Bildaufbaus zu erhöhen, verwendete das Team einen sogenannten adaptiven sekundären Teleskopspiegel, der die Verzerrung des Lichts durch die Erdatmosphäre korrigieren kann. Darüber hinaus verwendeten die Forscher eine Sternenlichtblockierungsmaske (Koronagraph), die sie für das Lichtspektrum im mittleren Infrarot optimierten, um das Licht von jeweils einem der Sterne zu blockieren.

Um die habitablen Zonen beider Sterne gleichzeitig beobachten zu können, haben sie eine neue Technik entwickelt, um sehr schnell zwischen der Beobachtung von Alpha Centauri A und Alpha Centauri B hin und her zu wechseln: “Wir bewegen jede Zehntelsekunde einen Stern auf und einen Stern vom Koronagraph”, sagte Wagner. “Dadurch können wir jeden Stern die Hälfte der Zeit beobachten und vor allem einen Frame vom nachfolgenden Bildausschnitt subtrahieren, wodurch alles entfernt wird, was im Wesentlichen nur Rauschen von der Kamera und dem Teleskop ist.”

Alpha Centauri A (links) und Alpha Centauri B, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop. Copyright: NASA / ESA / Hubble

Alpha Centauri A (links) und Alpha Centauri B, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop.
Copyright: NASA / ESA / Hubble

Bei diesem Ansatz werden unerwünschtes Sternenlicht und “Rauschen” – also unerwünschte Signal aus dem Teleskop und der Kamera – mithilfe einer speziellen Software weiter reduziert, ähnlich wie bei geräuschunterdrückenden Kopfhörern.

– Mit der neuen Methode beobachtete die Astronomen und Astronominnen nun das Alpha Centauri-System im Laufe eines Monats fast 100 Stunden lang und sammelte dabei mehr als 5 Millionen Bilder. Die rund 7 Terabyte an Daten zu diesen Beobachtungen können unter

http://archive.eso.org eingesehen werden.

“Dies ist eine der ersten dedizierten Exoplaneten-Bildgebungskampagnen mit mehreren Nächten, bei denen wir alle Daten, die wir über fast einen Monat gesammelt haben, gestapelt und verwendet haben, um unsere endgültige Empfindlichkeit zu erreichen”, erklärt Wagner.

Nach dem Entfernen der unerwünschten Artefakte ergab das endgültige Bild eine als “C1” bezeichnete Lichtquelle, die möglicherweise auf die Anwesenheit eines Exoplaneten-Kandidaten in der bewohnbaren Zone um Alpha Centauri hinweisen könnte.

“Es gibt da eine Punktquelle, die so aussieht, wie wir es von einem Planeten erwarten würden, die wir mit keiner der systematischen Fehlerkorrekturen erklären können”, erläutert Wagner weiter. “Es ist noch nicht eindeutig, ob wir einen Planeten um Alpha Centauri entdeckt, aber es gibt dort ein Signal, von dem wir hoffen, dass es auch bei Folgebeobachtungen vorhanden sein wird.“

Simulationen, wie Planeten in den Daten wahrscheinlich aussehen, legen nahe, dass “C1” ein Planet von Neptun- bis Saturngröße in einer Entfernung zu Alpha Centauri A sein könnte, die der Entfernung zwischen Erde und Sonne ähnlich ist.

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Die Autoren verweisen jedoch darauf, dass noch nicht gänzlich ausgeschlossen werden könne, dass „C1“ auch ein unbekanntes Artefakt sein könnte, das vom Instrument selbst verursacht wird. Um dies auszuschließen, hoffen die Astronomen nun auf die nächste Generation von erdgestützten und Weltraumteleskopen wie das Extremly Large Telescope der ESO oder das Giant Magellan Telescope, für die die Universität von Arizona die Primärspiegel herstellt.

Weite Kandidaten für Beobachtungen mit der neuen Methode sind Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, und Tau Ceti, der ein bislang nur indirekt beobachtetes Planetensystem beherbergt, das Wagner und seine Kollegen in nächsten Schritten direkt abbilden wollen.




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Quelle: University of Arizona (via Phys.org)

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