Wissenschaft: 2 unglaublich seltene Exoplaneten
So., 02. Okt. 2022
Wissenschaft — Um einen orangefarbenen Zwergstern, der nur 130 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, haben Astronomen einen unerwarteten Schatz entdeckt. Der Stern wird nicht nur von drei felsigen Supererden umkreist, sondern zwei weitere Exoplaneten in diesem System sind in unseren Aufzeichnungen fast unglaublich selten.
Bei diesen beiden handelt es sich um Super-Mercurien, eine Art von Exoplaneten, die so schwer zu entdecken ist, dass wir bisher nur acht Exoplaneten identifiziert haben, einschließlich der neuen Entdeckungen.
Alle fünf Exoplaneten sind zu nahe an ihrem Wirtsstern, als das Leben, wie wir es kennen, möglich wäre, aber die Entdeckung stellt das bisher beste Labor dar, um mehr über Super-Merkur-Exoplaneten zu lernen — und über Merkur selbst, direkt hier im Sonnensystem.
“Zum ersten Mal haben wir ein System mit zwei Super-Merkurien entdeckt”, sagt die Astrophysikerin Susana Barros vom Institut für Astrophysik und Weltraumwissenschaften (IA) in Portugal. “Dadurch erhalten wir Hinweise darauf, wie diese Planeten entstanden sind, was uns helfen könnte, einige Möglichkeiten auszuschließen.”
Die Suche nach Exoplaneten ist schwierig, und die Suche nach kleinen Planeten ist noch schwieriger. Derzeit stützen sich die Astronomen auf zwei Hauptmethoden: die Transitmethode und die Radialgeschwindigkeitsmethode.
Bei der Transitmethode suchen die Astronomen nach sehr schwachen, regelmäßigen Einbrüchen im Licht eines Sterns — ein Zeichen dafür, dass sich ein Exoplanet zwischen uns und dem Stern befindet, der ihn umkreist.
Bei der Radialgeschwindigkeitsmethode wird nach Änderungen der Wellenlängen des Lichts gesucht, das uns vom Stern erreicht, wenn dieser auf der Stelle “wackelt”, da er von der Gravitationskraft eines umkreisenden Exoplaneten mitgerissen wird.
Wie Sie sich vorstellen können, sind diese beiden Signale — Transit und Radialgeschwindigkeit — winzig. Es ist wahrscheinlicher, dass wir größere Signale entdecken, die von größeren Exoplaneten erzeugt werden.
Das NASA-Teleskop TESS, das auf der Suche nach Exoplaneten ist und die Transitmethode verwendet, entdeckte vor einigen Jahren erstmals zwei Exoplaneten, die den Stern HD 23472 umkreisen, und weitere Beobachtungen bestätigten ihre Anwesenheit.
Zwei weitere Exoplaneten-Kandidaten wurden ebenfalls entdeckt.
Barros und ihr Team wollten das System von HD 23472 genauer unter die Lupe nehmen, weil sie versuchten, die Lücke zwischen den kleinen Planetenradien zu verstehen: Ein mysteriöser Mangel an Planeten zwischen 1,5 und 2 Erdradien. Die beiden bestätigten Exoplaneten befanden sich auf der oberen Seite dieser Lücke, während die beiden Kandidaten auf der unteren Seite lagen.
Die Astronomen vermuten, dass der Unterschied im Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Atmosphäre liegen könnte. Dies lässt sich durch die Berechnung der Dichte eines Exoplaneten ableiten, wenn man sowohl Transit- als auch Radialgeschwindigkeitsdaten hat.
Die Transitdaten, die Aufschluss darüber geben, wie viel des Lichts eines Sterns von einem Exoplaneten blockiert wird, können Aufschluss über seine Größe geben. Aus den Radialgeschwindigkeitsdaten, die Aufschluss über die Anziehungskraft geben, die ein Exoplanet auf einen Stern ausübt, lässt sich seine Masse ermitteln. Die Dichte kann anhand dieser beiden Messungen berechnet werden.
Also machte sich das Team zwischen Juli 2019 und April 2021 daran, mit dem ESPRESSO-Spektrographen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte sehr genaue Radialgeschwindigkeitsmessungen des Sterns zu erhalten. Und sie fanden Hinweise auf einen fünften Exoplaneten in der Nähe des Sterns, der eine geringere Masse als die Erde hat.
Dann, im Oktober 2021, entdeckte TESS die Transitsignatur dieses fünften Exoplaneten.
Das Team rechnete alle Zahlen durch und charakterisierte das System. Von der geringsten Entfernung zum Stern bis zur weitesten Entfernung:
- HD 23472 d hat eine Umlaufzeit von 3,98 Tagen, einen Radius, der 0,75 Mal so groß ist wie der der Erde, und eine Masse, die 0,54 Mal so groß ist wie die der Erde.
- HD 23472 e, die jüngste Entdeckung, hat eine Umlaufzeit von 7,9 Tagen, einen Radius von 0,82 Erdumdrehungen und eine Masse von 0,76 Erdmassen.
- HD 23472 f hat eine Periode von 12,16 Tagen und erreicht eine Größe von 1,13 Erdradien und 0,64 Erdmassen.
- HD 23472 b hat eine Umlaufzeit von 17,67 Tagen, eine Größe von 2,01 Erdradien und 8,42 Erdmassen.
- HD 23472 c hat eine Umlaufzeit von 29,8 Tagen, eine Masse von 1,85 Erdmassen und 3,37 Erdradien.
Diese Messungen ergeben für die drei äußeren Exoplaneten Dichten, die mit denen der Erde vergleichbar sind und mit einer bedeutenden Atmosphäre übereinstimmen.
Die beiden inneren Exoplaneten weisen jedoch hohe Dichten auf. Dies deutet darauf hin, dass sie in ihrer Zusammensetzung dem Merkur ähnlich sind, mit einem großen Kern und einem im Vergleich zu anderen Planeten kleinen Mantel.
Wir wissen nicht, warum Merkur so beschaffen ist. Möglicherweise ist er früh im Sonnensystem mit etwas kollidiert, das buchstäblich einen Haufen Material weggeschleudert hat, oder die Hitze der Sonne hat einen Haufen davon verdampft.
Beides zusammen zu finden, lässt vermuten, dass ein einmaliges Ereignis wie eine Kollision unwahrscheinlich sein könnte.
"Wenn ein Einschlag, der groß genug ist, um einen Super-Quecksilber zu erzeugen, schon sehr unwahrscheinlich ist, dann scheinen zwei riesige Einschläge im selben System sehr unwahrscheinlich zu sein", erklärt Barros.
"Wir wissen immer noch nicht, wie sich diese Planeten bilden, aber es scheint mit der Zusammensetzung des Muttersterns zusammenzuhängen. Dieses neue System kann uns dabei helfen, das herauszufinden."
Es ist unklar, ob die beiden Super-Merkurien-Kandidaten Atmosphären haben; um das herauszufinden, brauchen wir ein leistungsfähigeres Teleskop.
"Um zu verstehen, wie sich diese beiden Super-Mercurien gebildet haben, müssen wir die Zusammensetzung dieser Planeten weiter charakterisieren", sagt IA-Astronom Olivier Demangeon.
"Da diese Planeten einen kleineren Radius als die Erde haben, verfügen die derzeitigen Instrumente nicht über die nötige Empfindlichkeit, um die Zusammensetzung ihrer Oberfläche oder die Existenz und Zusammensetzung einer möglichen Atmosphäre zu untersuchen."
Angesichts der zahlreichen Großteleskope, die derzeit gebaut werden, werden wir hoffentlich nicht mehr allzu lange warten müssen.
