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Zwei Satelliten auf gemeinsamer Exoplanetenjagd
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Bern astronews.com
9. Juni 2023
Durch die Zusammenarbeit der Teams des Weltraumteleskops
CHEOPS und des NASA-Satelliten TESS ist es gelungen, die Existenz von vier neuen
Exoplaneten eindeutig zu bestätigen. Die vier "Mini-Neptune" sind kleiner und
kühler als die sogenannten Heißen Jupiter und umkreisen ihre Sonnen in größerer
Entfernung. Das macht eine Entdeckung schwieriger.
![CHEOPS](../../../bilder/2023/2306-007.jpg)
Künstlerische Darstellung des
Weltraumteleskops CHEOPS. Bild:
ESA / ATG medialab [Großansicht] |
Seit dem Start im Dezember 2019 haben die extrem präzisen Messungen von
CHEOPS zu mehreren wichtigen Entdeckungen auf dem Gebiet der Exoplaneten
beigetragen. Dr. Solène Ulmer-Moll von den Universitäten Bern und Genf und Dr.
Hugh Osborn von der Universität Bern, die beide Mitglieder des Nationalen
Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS sind, nutzten die einzigartige Synergie von
CHEOPS und dem NASA-Satelliten TESS, um eine Reihe von schwer identifizierbaren
Exoplaneten zu entdecken. Die Planeten mit den Namen TOI 5678 b und HIP 9618 c
haben die Größe von Neptun oder etwas kleiner mit 4,9 und 3,4 Erdradien. Zwei
weitere Mitglieder des internationalen Teams, Amy Tuson von der Universität im
englischen Cambridge und Dr. Zoltán Garai vom ELTE Gothard Astrophysical
Observatory in Ungarn haben die gleiche Technik verwendet, um zwei ähnliche
Planeten in anderen Systemen zu identifizieren.
Der CHEOPS-Satellit beobachtet die Helligkeit von Sternen, um die leichte
Abschwächung zu erfassen, die auftritt, wenn ein Planet in seiner Umlaufbahn aus
unserer Sicht vor seinem Stern vorbeizieht. Durch die Suche nach diesen
Verdunkelungsereignissen, den sogenannten Transits, konnten Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler die meisten der mehrere tausend Exoplaneten entdecken, von
denen bekannt ist, dass sie andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. "Der
NASA-Satellit TESS ist hervorragend darin, die Transits von Exoplaneten
aufzuspüren, selbst bei den am schwierigsten zu entdeckenden Kleinplaneten.
Allerdings wechselt er alle 27 Tage sein Sichtfeld, um den größtmöglichen Teil
des Himmels schnell abzutasten. Dies hindert TESS daran, Planeten auf längeren
Umlaufbahnen zu finden", erklärt Osborn.
Dennoch konnte der TESS-Satellit einzelne Transite von Planeten um die Sterne
TOI 5678 und HIP 9618 beobachten. Als er nach zwei Jahren in das gleiche
Sichtfeld zurückkehrte, konnte er erneut ähnliche Transits um dieselben Sterne
beobachten. Trotz dieser Beobachtungen war es noch nicht möglich, eindeutig auf
die Anwesenheit von Planeten um diese Sterne zu schließen, da immer noch
entscheidende Informationen fehlten. "An dieser Stelle kommt CHEOPS ins Spiel:
der Satellit konzentriert sich jeweils auf einen einzelnen Stern, und somit ist
CHEOPS eine Nachfolgemission, die perfekt geeignet ist, diese Sterne weiter zu
beobachten, um die fehlenden Informationen zu liefern", ergänzt Ulmer-Moll.
Da das CHEOPS-Team das Vorhandensein von Exoplaneten vermutete, entwickelte
es eine Methode, um nicht blindlings kostbare Beobachtungszeit zu vergeuden, in
der Hoffnung, zusätzliche Transits zu entdecken. Die Forschenden wählten einen
gezielten Ansatz, der auf den wenigen Hinweisen basierte, die die von TESS
beobachteten Transits lieferten. Auf dieser Grundlage entwickelte Osborn eine
Software, die für jeden Planeten mögliche Zeiträume vorschlägt und priorisiert.
"Wir spielen dann mit den Planeten und mit dem CHEOPS-Satelliten eine Art
Versteckspiel", so Osborn. "Wir richten CHEOPS zu einem bestimmten Zeitpunkt auf
ein Ziel, und je nachdem, ob wir einen Transit beobachten oder nicht, können wir
einige der Möglichkeiten ausschließen und es zu einem anderen Zeitpunkt erneut
versuchen, bis wir eine eindeutige Lösung für die Umlaufzeit gefunden haben." Es
brauchte fünf bzw. vier Versuche, bis die Forschenden die Existenz der beiden
Exoplaneten eindeutig bestätigen und feststellen konnten, dass TOI 5678 b eine
Umlaufzeit von 48 Tagen hat, während HIP 9618 c eine Umlaufzeit von 52,5 Tagen
aufweist.
Für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist die Geschichte damit
noch nicht zu Ende. Mit den neu gefundenen begrenzten Zeiträumen für die
Transits konnten sie sich bodengestützten Beobachtungen zuwenden, bei denen eine
andere Technik, die Radialgeschwindigkeits-Methode, verwendet wurde. Dies
ermöglichte es dem Team, Massen von 20 Erdmassen für TOI 5678 b respektive 7,5
Erdmassen für HIP 9618 c zu bestimmen. Wenn sowohl die Größe als auch die Masse
eines Planeten bekannt sind, lässt sich daraus normalerweise die Dichte
ableiten, und die Forschenden können sich ein Bild davon machen, woraus er
besteht.
"Bei Mini-Neptunen reicht die Dichte jedoch nicht aus, und es gibt noch
einige Hypothesen über die Zusammensetzung der Planeten: Es könnte sich entweder
um Gesteinsplaneten mit viel Gas handeln oder um Planeten, die reich an Wasser
sind und die eine sehr dampfige Atmosphäre haben", erklärt Ulmer-Moll. "Da die
vier neu entdeckten Exoplaneten helle Sterne umkreisen, sind sie auch für die
Mission des James Webb Space Telescope (JWST) von größtem Interesse:
Das JWST könnte helfen, das Rätsel ihrer Zusammensetzung zu lösen."
Die meisten bisher beobachteten Exoplaneten-Atmosphären sind die von "Heißen
Jupitern", welches sehr große und heiße Exoplaneten sind, die nahe an ihrem
Mutterstern kreisen. "Die vier neuen Planeten, die wir entdeckt haben, haben
viel moderatere Temperaturen von 'nur' 217 bis 277 ºC. Bei diesen Temperaturen
können Wolken und Moleküle überleben, die andernfalls durch die große Hitze der
'Heißen Jupiter' zerstört würden. Und sie könnten möglicherweise vom JWST
entdeckt werden", erklärt Osborn.
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in mehreren Fachartikeln, die in den
Zeitschriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society und
Astronomy & Astrophysics erschienen sind.
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Osborn, H. P.
et al. (2023): Two Warm Neptunes transiting HIP 9618 revealed by TESS
& Cheops, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 523, 3069
Ulmer-Moll, S. et al. (2023): TOI-5678 b: a 48-day transiting
Neptune-mass planet characterized with CHEOPS and HARPS, Astronomy &
Astrophysics, 674, A43
Garai, Z.
et al. (2023): Refined parameters of the HD 22946 planetary system and
the true orbital period of the planet d, Astronomy & Astrophysics,
674, A44
Tuson, A. et al.
(2023): TESS and CHEOPS Discover Two Warm Mini-Neptunes Transiting the
Bright K-dwarf HD15906, Monthly Notices of the Royal Astronomical
Society, 523, 3090 Universität
Bern
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