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EXTRASOLARE PLANETEN
Heißer Gesteinsplanet mit Forschungspotential
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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5. März 2021

 Das CARMENES-Konsortium hat einen Planeten um den Stern Gliese 486 entdeckt, der hervorragend für die Erforschung mit Teleskopen der nächsten Generation geeignet ist. Mit deren Hilfe könnte man viel über die Atmosphäre der vermutlich venusähnlichen Welt erfahren und allgemein darüber, ob und wie Gesteinsplaneten ihre Atmosphäre halten können.

Gliese 486b

Künstlerische Darstellung der Oberfläche der neu entdeckten heißen Supererde Gliese 486b. Bild: RenderArea  [Großansicht]

Mit dem Aufkommen effizienter Einrichtungen zur Exoplanetenjagd stieg die Zahl der neu entdeckten Welten außerhalb des Sonnensystems schnell in die Tausende. Durch die Kombination verschiedener Beobachtungstechniken haben Astronominnen und Astronomen Planetenmassen, Größen und sogar Massendichten bestimmt, die es ihnen erlauben, die innere Zusammensetzung der fernen Welten abzuschätzen. Auf diese Weise konnte man auch Planeten identifizieren, die von ihrem Aufbau her eine gewisse Ähnlichkeit mit der Erde haben dürften.

Die Untersuchung der Atmosphären dieser erdähnlichen Exoplaneten ist eine viel größere Herausforderung. Besonders bei Gesteinsplaneten wie der Erde, besteht eine solche Atmosphäre nur aus einer dünnen Schicht - wenn sie überhaupt existiert. Aus diesem Grund bleiben viele aktuelle Atmosphärenmodelle von Gesteinsplaneten ungeprüft.

Planetenatmosphären müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllen, um sie mit Observatorien der nächsten Generation zu beobachten. In einer Entfernung von nur 26 Lichtjahren haben Wissenschaftler des CARMENES-Konsortiums (CARMENES steht für "Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs") nun einen Planeten gefunden, der den roten Zwergstern Gliese 486 umkreist und diese Anforderungen an Gesteinsplaneten perfekt erfüllt. Der neu entdeckte Planet mit der Bezeichnung Gliese 486b ist eine Supererde mit einer Masse, die 2,8-mal so groß ist wie die unseres Heimatplaneten. Er ist außerdem 30 % größer als die Erde.

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Die Wissenschaftler verwendeten die Methoden der Transitphotometrie wie auch der Radialgeschwindigkeitsspektroskopie, um ihre Ergebnisse zu gewinnen. "Die Nähe dieses Exoplaneten ist spannend, weil wir ihn mit leistungsstarken Teleskopen wie dem kommenden James Webb Space Telescope und dem Extremely Large Telescope genauer untersuchen können", erklärt Trifon Trifonov. Trifonov ist Planetenforscher am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und Hauptautor der Studie, in dem diese Entdeckung vorgestellt wird.

Berechnet man aus den ermittelten Massen und Radien die mittlere Dichte des Planeten, so zeigt sich, dass er eine ähnliche Zusammensetzung wie Venus und die Erde hat, einschließlich eines metallischen Kerns. Jeder, der auf Gliese 486b steht, würde eine Anziehungskraft spüren, die 70 Prozent stärker ist als die, die wir auf unserer Heimatwelt erfahren. Gliese 486b umkreist sein Muttergestirn auf einer Kreisbahn innerhalb von 1,5 Tagen und in einem Abstand von 2,5 Millionen Kilometern. Eine Drehung um die eigene Achse dauert genauso lange, so dass er dem Stern stets dieselbe Seite zuwendet.

Obwohl der Stern Gliese 486 viel lichtschwächer und kühler als die Sonne ist, ist die Einstrahlung so intensiv, dass sich die Oberfläche des Planeten auf mindestens rund 430 °C aufheizt. In diesem Sinne ähnelt die Oberfläche von Gliese 486b wahrscheinlich eher der Venus als der Erde, mit einer heißen und trockenen Landschaft, die von glühenden Lavaströmen durchzogen ist. Im Gegensatz zur Venus hat Gliese 486b aber möglicherweise nur eine dünne Atmosphäre, wenn überhaupt. Modellrechnungen könnten mit beiden Szenarien übereinstimmen, da die Einstrahlung von Sternen dazu führen kann, dass Atmosphären verdampfen. Gleichzeitig trägt die Schwerkraft des Planeten dazu bei, dass sie erhalten bleibt. Es ist schwierig, das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Beiträgen zu bestimmen.

"Die Entdeckung von Gliese 486b war ein Glücksfall. Hundert Grad heißer und die gesamte Oberfläche des Planeten wäre Lava. Seine Atmosphäre würde aus verdampftem Gestein bestehen", schildert Teammitglied José A. Caballero vom Centro de Astrobiología in Spanien. "Wäre Gliese 486b hingegen hundert Grad kälter, wäre er für Folgebeobachtungen ungeeignet gewesen."

Die zukünftigen Messungen, die dem CARMENES-Team vorschweben, nutzen die Bahnorientierung aus, durch die Gliese 486b aus unserem Blickwinkel regelmäßig die Oberfläche des Zentralgestirns kreuzt. Wann immer dies geschieht, scheint ein winziger Bruchteil des Sternenlichts durch die dünne Hülle der Atmosphäre, bevor es die Erde erreicht. Die verschiedenen Verbindungen absorbieren das Licht bei bestimmten Wellenlängen und hinterlassen ihren Fußabdruck im Signal.

Mithilfe von Spektrografen spalten die Astronomen das Licht nach Wellenlängen auf und suchen nach Absorptionsmerkmalen, um daraus die Zusammensetzung und Dynamik der Atmosphäre abzuleiten. Diese Methode wird auch als Transitspektroskopie bezeichnet. Eine zweite spektroskopische Messung, die so genannte Emissionsspektroskopie, ist geplant, wenn Teile der beleuchteten Hemisphäre wie Mondphasen während des Umlaufs von Gliese 486b sichtbar werden, bis er hinter dem Stern verschwindet. Das Spektrum enthält Informationen über die helle, heiße Planetenoberfläche.

"Wir können es kaum erwarten, bis die neuen Teleskope zur Verfügung stehen", sagt Trifonov. "Die Ergebnisse werden uns dabei helfen zu verstehen, wie gut Gesteinsplaneten ihre Atmosphären halten können, woraus sie bestehen und wie sie die Energieverteilung auf den Planeten beeinflussen." Sowohl Trifonov als auch Caballero arbeiten im CARMENES-Projekt mit, dessen Konsortium elf Forschungseinrichtungen in Spanien und Deutschland umfasst. Das Ziel ist es, rund 350 rote Zwergsterne mit einem Spektrografen am 3,5-Meter-Teleskop auf dem spanischen Calar Alto auf Anzeichen von massearmen Planeten zu untersuchen.

Die aktuelle Studie beinhaltet zusätzliche spektroskopische Messungen, um Rückschlüsse auf die Masse von Gliese 486b zu ziehen. Die Forschenden haben Beobachtungen mit dem MAROON-X-Instrument am 8,1-Meter-Gemini-Nord-Teleskop durchgeführt und Archivdaten vom 10-Meter-Keck-Teleskop und dem 3,6-Meter-Teleskop der ESO in La Silla genutzt. Photometrische Beobachtungen zur Ableitung der Planetengröße stammen unter anderem von der NASA-Sonde TESS, dem MuSCAT2-Instrument am 1,52 Meter Telescopio Carlos Sánchez am Observatorio del Teide in Spanien und dem Las Cumbres Observatory Global Telescope.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde.

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siehe auch
CARMENES: Suche nach blauen Erden wird fortgesetzt - 6. Juli 2020
CARMENES: Zwei Planeten um Teegardens Stern - 18. Juni 2019
Extrasolare Planeten: Carmenses findet ersten Planeten - 18. Dezember 2017
Extrasolare Planeten: Suche nach blauen Erden um rote Sterne - 31. März 2017
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Trifonov, T. et al. (2021): A nearby transiting rocky exoplanet that is suitable for atmospheric investigation, Science, 371, 1038 (Preprint als pdf)
Max-Planck-Institut für Astronomie
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