Quelle: Universität Göttingen 22. Februar 2023.

22. Februar 2023 – Die Beobachtungen des internationalen Carmenes-Projekts haben in vier Jahren zur Entdeckung von 59 Exoplaneten geführt, von denen ein Dutzend potenziell lebensfreundlich ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die Daten von rund 20.000 Beobachtungen veröffentlicht, die sie zwischen 2016 und 2020 für eine Stichprobe von 362 nahen kühlen Sternen gemacht hatten. Das Projekt mit Beteiligung der Universität Göttingen nutzt ein Instrument des Calar-Alto-Observatoriums mit dem Ziel, erdähnliche Exoplaneten (mit fester Oberfläche und gemäßigten Temperaturen) zu finden, die möglicherweise flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche beherbergen. Die Studie ist in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen.

Das Carmenes-Instrument ist ein optischer und Nahinfrarot-Spektrograf – ein Gerät, das sowohl sichtbares als auch infrarotes Licht von den Objekten misst. Es wurde 2015 am Calar-Alto-Observatorium in Südspanien installiert, um in der Nähe von roten Zwergsternen erdähnliche Exoplaneten zu finden.

„Mit dieser neuen Methode hat Carmenes seit seiner Inbetriebnahme 17 bekannte Planeten neu analysiert und 59 neue Planeten in der Nähe unseres Sonnensystems entdeckt und bestätigt“, erklärt Erstautor Prof. Dr. Ignasi Ribas vom Institut d‘Estudis Espacials de Catalunya (IEEC). In der Tat hat das Projekt die Zahl der uns bekannten Exoplaneten um nahe gelegene kühle Sterne verdoppelt. Dabei wurde fast die Hälfte aller Sterne in der Sonnenumgebung beobachtet, und ein anderer Teil kann nur von der südlichen Hemisphäre aus beobachtet werden. Darüber hinaus liefern die gewonnenen Spektren auch äußerst wertvolle Informationen über die Atmosphären der Sterne und ihrer Planeten.

Das Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen ist für die Verarbeitung der Daten und die Kalibrierung des Instruments verantwortlich. Zur Auswertung der wissenschaftlichen Daten finanziert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Forschungsgruppe „Blue Planets around Red Stars“, die in Göttingen koordiniert wird. „Die wissenschaftlichen Daten des Carmenes-Projekts liefern Einblick in eine Welt von Planeten, die uns bisher verborgen geblieben ist“, sagt Prof. Dr. Ansgar Reiners, Zweitautor der Studie und Sprecher der DFG-Forschungsgruppe. „Besonders interessieren uns aber auch die Sterne, bei denen sich die Planeten befinden. Neben den Planetenentdeckungen haben wir sehr viel über die Physik der Sterne gelernt, wobei insbesondere die magnetischen Eigenschaften und ihre Auswirkungen auf die mögliche Bewohnbarkeit von Planeten interessant sind.“

Bei der aktuellen Veröffentlichung, an der rund 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von mehr als 30 Forschungszentren beteiligt waren, handelt es sich um den 100. Artikel des Projekts. Das Carmenes-Projekt wird seit 2021 als „Carmenes Legacy-Plus“ fortgesetzt. Die Beobachtungen der Projektverlängerung dauern mindestens bis Ende 2023 an. Weitere Informationen sind unter https://carmenes.caha.es/ zu finden.

Originalveröffentlichung:
Ignasi Ribas et al. The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Guaranteed time observations data release 1 (2016-2020). Astronomy & Astrophysics 2023.

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• Exoplaneten

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Quelle: Max-Planck-Gesellschaft 3. Februar 2023.

3. Februar 2023 – Auf einem neu entdeckten Exoplaneten könnte sich die Suche nach Leben lohnen. Analysen eines Teams um die Astronomin Diana Kossakowski des Max-Planck-Instituts für Astronomie beschreiben einen Planeten, der seinen Heimatstern, den roten Zwergstern Wolf 1069, in der habitablen Zone umkreist. Das heißt, auf ihm könnten Temperaturen herrschen, bei denen es flüssiges Wasser geben kann. Außerdem hat der Planet namens Wolf 1069 b eine erdähnliche Masse. Es dürfte sich um einen Gesteinsplaneten handeln, der möglicherweise auch eine Atmosphäre besitzt. Das macht den Planeten zu einem der wenigen viel­versprechenden Ziele für die Suche nach Anzeichen für lebensfreundlich Bedingungen und Biosignaturen.

Wenn Astronominnen und Astronomen nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems suchen, haben sie es ganz besonders auf erdähnliche Himmelskörper abgesehen. Von den mehr als 5000 Exoplaneten, die sie bisher entdeckt haben, besitzen nur etwa ein Dutzend eine erdähnliche Masse und befinden sich in der habitablen Zone eines Sterns, also dem Bereich in einem Planetensystem, in dem flüssiges Wasser auf der Planetenoberfläche vorhanden sein kann. Mit Wolf 1069 b ist die Zahl solcher Exoplaneten, auf denen sich Leben entwickelt haben könnte, um einen Kandidaten gewachsen.

Ein Planet mit ewigem Tag und ewiger Nacht
Solche massearmen Planeten aufzuspüren, ist immer noch eine große Herausforderung. Diana Kossakowski und ihr Team vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg haben sich dieser Aufgabe im Rahmen des Carmenes-Projekts angenommen, in dem für die Suche nach potenziell lebensfreundlichen Welten eigens ein Instrument entwickelt wurde. Diese Apparatur setzt das Carmenes-Team am Calar-Alto-Observatorium in Spanien ein. „Als wir die Daten des Sterns Wolf 1069 auswerteten, entdeckten wir ein deutliches Signal mit geringer Amplitude, das auf einen Planeten von etwa Erdmasse hindeutet“, sagt Diana Kossakowski. „Er umkreist den Stern innerhalb von 15,6 Tagen in einer Entfernung, die einem Fünfzehntel des Abstands zwischen Erde und Sonne entspricht.“ Die Ergebnisse der Studie wurden nun in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Demnach ist die Oberfläche des Zwergsterns relativ kühl und erscheint dadurch orange-rötlich. „Dadurch verschiebt sich die sogenannte habitable Zone nach innen“, erläutert Kossakowski. Trotz der geringen Entfernung zum Zentralstern empfängt der Planet Wolf 1069 b daher nur etwa 65 Prozent der Strahlungsleistung, die die Erde von der Sonne erhält. Diese besonderen Bedingungen machen Planeten um rote Zwergsterne wie Wolf 1069 potenziell lebensfreundlich. Zudem teilen sie wahrscheinlich eine besondere Eigenschaft. Ihre Rotation ist nämlich vermutlich an ihre Umlaufbahn um den Zentralstern gebunden. Mit anderen Worten, der Planet wendet seinem Zentralstern immer dieselbe Seite zu. Dort herrscht also ewiger Tag, während auf der anderen Seite immer Nacht ist. Das ist auch der Grund, warum wir immer die gleiche Seite des Mondes sehen.

Klimasimulationen für Exoplaneten
Nimmt man Wolf 1069 b als einen kahlen und felsigen Planeten an, so läge die Durchschnittstemperatur selbst auf der sternzugewandten Seite gerade mal bei minus 23 Grad Celsius. Nach allem was die Astronomie über Planeten weiß, ist es aber gut möglich, dass Wolf 1069 b eine Atmosphäre besitzt. Unter dieser Annahme könnte seine Temperatur auf plus 13 Grad gestiegen sein, wie Computersimulationen mit Klimamodellen zeigen. Dann bliebe Wasser flüssig und es könnten dort lebensfreundliche Bedingungen herrschen, weil Leben so, wie wir es kennen, auf Wasser angewiesen ist.

Eine Atmosphäre ist nicht nur aus klimatischer Sicht Voraussetzung für die Entstehung von Leben. Sie würde Wolf 1069 b auch vor hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung und Teilchen schützen, die denkbare Biomoleküle zerstören würde. Die Strahlung und Teilchen können entweder aus dem interstellaren Raum oder vom Zentralstern herrühren. Ist die Strahlung des Sterns zu stark, kann sie wie beim Mars auch die Atmosphäre eines Planeten abtragen. Doch als roter Zwerg sendet Wolf 1069 nur relativ schwache Strahlung aus. Somit könnte sich auf dem neu entdeckten Planeten eine Atmosphäre erhalten haben. Es ist sogar möglich, dass der Planet ein Magnetfeld hat, das ihn vor geladenen Sternwindteilchen schützt. Viele Gesteinsplaneten haben einen flüssigen Kern, der ähnlich wie auf der Erde über den Dynamoeffekt ein Magnetfeld erzeugt.

Die schwierige Suche nach Planeten mit Erdmasse
Bei der Suche nach Exoplaneten hat es immense Fortschritte gegeben, seit vor 30 Jahren der erste solche Himmelkörper entdeckt wurde. Dennoch sind die Signaturen, nach denen Astronomen suchen, um Planeten mit erdähnlichen Massen und Durchmessern aufzuspüren, relativ schwach und schwer aus den Messdaten herauszudestillieren. Das Carmenes-­Team sucht nach kleinen periodischen Frequenzverschiebungen in den Spektren von Sternen. Diese Verschiebungen deuten auf einen Begleiter hin, der durch seine Schwerkraft an dem Wirtsstern zieht und diesen zum Taumeln bringt, sodass sich die Frequenz des auf der Erde gemessenen Lichts aufgrund des Dopplereffekts minimal verändert. Diese Schwankungen sind im Fall von Wolf 1069 und seinem neu entdeckten Planeten groß genug, um sie gut messen zu können, weil der Masseunterschied zwischen Stern und Planet relativ klein ist und der Stern deshalb relativ stark taumelt. Aus der Taumelbewegung lässt sich dann wiederum die Masse des Planeten abschätzen.

Nur eine Handvoll Kandidaten für die zukünftige Charakterisierung von Exoplaneten
Mit einer Entfernung von 31 Lichtjahren ist Wolf 1069 b der sechstnächste Planet zur Erde, der sich in der habitablen Zone um seinen Wirtsstern befindet. Er gehört zu einer kleinen Gruppe von Objekten wie Proxima Centauri b und Trappist-1 e, die für die Suche nach Biosignaturen in Frage kommen. Solche Beobachtungen sind der astronomischen Forschung derzeit jedoch nicht möglich. „Wir werden wahrscheinlich noch zehn Jahre darauf warten müssen“, sagt Kossakowski. Das Extremely Large Telescope (ELT), das derzeit in Chile gebaut wird, könnte in der Lage sein, die Zusammensetzung der Atmosphäre von Exoplaneten zu untersuchen und dort molekulare Hinweise auf Leben aufzuspüren.

Originalveröffentlichung
D. Kossakowski, M. Kürster, T. Trifonov, Th. Henning, et al.
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs – Wolf 1069 b: Earth-mass planet in the habitable zone of a nearby, very low-mass star
Astronomy & Astrophysics (2023), dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202245322
https://arxiv.org/abs/2301.02477

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• Exoplaneten in habitabler Zone

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