Quelle: ESO / Blogpost von Alejandro Izquierdo López , 20. Februar 2026

Die bewohnbare oder „habitable“ Zone verstehen
Jedes Jahr entdecken wir neue Exoplaneten. Was vor 30 oder sogar 20 Jahren noch eine unglaubliche Leistung war, ist heute fast schon Routine. Wir haben über 6000 Planeten entdeckt, die andere Sterne als die Sonne umkreisen, mindestens 330 davon mit ESO-Teleskopen in den Observatorien La Silla und Paranal.

Was Astronomen und die Öffentlichkeit gleichermaßen davon träumen, auf einem dieser Planeten zu bestätigen, ist das, was als Schlüsselelement für Leben gilt: stabiles flüssiges Wasser an der Oberfläche des Planeten. Damit Oberflächenwasser in flüssigem Zustand vorliegt, darf ein Exoplanet weder zu weit entfernt (zu kalt) noch zu nah (zu heiß) an seinem Mutterstern liegen. Er muss in einer gemäßigten Zone umkreisen, die als „bewohnbare zirkumstellare Zone“ oder einfach „habitable Zone“ bezeichnet wird. Da Sterne unterschiedliche Typen, Größen und Massen haben, hat jeder Stern seine eigene bewohnbare Zone.
Teleskope auf der ganzen Welt haben etwa 70 Exoplaneten in der bewohnbaren Zone von Sternen gefunden, aber nur etwa 30 davon wären Gesteinsplaneten wie die Erde, auf denen Ozeane existieren könnten. Das bedeutet jedoch nicht, dass dort garantiert Leben zu finden ist. Beispielsweise umkreisen Planeten wie Venus oder Mars die Sonne innerhalb der Grenzen ihrer bewohnbaren Zone, aber dort Leben zu finden, erscheint sehr unwahrscheinlich. Was brauchen wir noch, damit ein Planet wirklich bewohnbar ist?

Das richtige Maß an Verzweiflung: Reicht die bewohnbare Zone aus?
Selbst wenn sich ein Planet in der bewohnbaren Zone befindet, ist seine Oberflächentemperatur möglicherweise nicht immer so „gemäßigt“, wie wir es uns wünschen würden. Der Planet HD 20794 d beispielsweise ist eine „Supererde“, die 20 Lichtjahre entfernt ist. Er wurde im Januar 2025 dank einer Kombination aus Instrumenten des Very Large Telescope der ESO und des 3,6-Meter-Teleskops der ESO entdeckt. Die Umlaufbahn dieses Planeten ist jedoch so elliptisch, dass er sich im Laufe seines Jahres aus der bewohnbaren Zone herausbewegt, was zu einem extrem langen „Winter” führt, der, gelinde gesagt, nicht sehr lebensfreundlich ist.

Aber selbst bei einer perfekten Umlaufbahn wäre die Temperatur möglicherweise nicht angenehm. Im Jahr 2013 entdeckten Astronomen mit dem 3,6-Meter-Teleskop der ESO drei Planeten im 22 Lichtjahre entfernten System Gliese 667C, die alle innerhalb der habitablen Zone liegen. Seitdem haben wir entdeckt, dass Gliese 667Cf gezeitengebunden ist: Obwohl er sich dreht, ist eine seiner Seiten immer dem Stern zugewandt, wodurch sie verbrannt ist, während die andere Seite permanent im Schatten liegt und kalt ist. Dort könnte Leben, wie wir es kennen, nur in einem Bereich zwischen der hellen und der dunklen Seite gedeihen oder wenn Windströmungen die Wärme gleichmäßig über den Planeten verteilen.

Wirklich bewohnbare Planeten sollten auch über ein Magnetfeld und eine Atmosphäre verfügen, die das Leben vor kosmischer Strahlung schützen, einschließlich der Strahlung, die vom Mutterstern ausgeht. Im Jahr 2016 entdeckten Astronomen mit dem TRAPPIST-Teleskop am La Silla-Observatorium der ESO drei Planeten in der bewohnbaren Zone des ultrakühlen Zwergsterns TRAPPIST 1. Seitdem haben wir erfahren, dass der Planet TRAPPIST1b nicht nur gezeitengebunden ist und starker Strahlung ausgesetzt ist, sondern auch keine Spur einer Atmosphäre aufweist – nicht gerade der beste Ort für Leben. Es ist nicht bekannt, ob die beiden anderen Planeten eine Atmosphäre haben, die die Strahlung ihres Sterns abhalten kann.

Strahlung ist auch eine der Gefahren für Planeten, die M-Sterne umkreisen, die häufigsten Sterne im Universum. M-Sterne haben bewohnbare Zonen, die sehr nahe an ihrer kühlen Oberfläche liegen, wodurch die Planeten den starken Sonneneruptionen ausgesetzt sind, die diese sehr aktiven Sterne häufig hervorbringen. Proxima Centauri b, unsere nächstgelegene potenzielle zweite Heimat außerhalb des Sonnensystems, umkreist einen solchen Stern. Dieser Exoplanet zieht aus unserer Sicht nicht vor seinem Mutterstern vorbei, sodass wir das Licht des Sterns nicht durch die Atmosphäre des Planeten hindurch sehen können, was uns daran hindert, seine Zusammensetzung leicht zu entschlüsseln.

Selbst wenn Planeten kreisförmige Umlaufbahnen in der bewohnbaren Zone und eine Atmosphäre haben, kann ein Exoplanet dennoch eine Höllenlandschaft sein – man denke nur an unseren Nachbarn Venus. Tatsächlich wäre Leben auf der Erde ohne viele Merkmale unseres Planeten nicht möglich gewesen: von der Plattentektonik, die Energie und Nährstoffe liefert, bis hin zum Alter unserer Sonne, die alt genug ist, damit ein Planet genügend Zeit hat, Leben zu entwickeln, aber nicht so alt, dass sich der Stern in einer stabilen Phase seines Lebens befindet, mit viel Zeit vor sich, in der Leben gedeihen kann. Manche fragen sich daher vielleicht, ob die Erde einfach etwas ganz Besonderes ist?

Ein Hoffnungsschimmer: uns neuen Möglichkeiten öffnen
Im Jahr 2007 entdeckte die ESO den habitablen Planeten Gliese 581c. Da es sich um einen der ersten habitablen Planeten handelte, der jemals gefunden wurde, und er nur 22 Lichtjahre von uns entfernt ist, waren die Astronomen voller Begeisterung. Spätere Messungen ergaben, dass sich der Exoplanet am innersten Rand seiner habitablen Zone befindet und daher wahrscheinlich sehr heiß ist. Gibt es noch Hoffnung für Gliese 581c?

Wenn uns die Erde etwas gelehrt hat, dann ist es, dass Leben extrem widerstandsfähig ist. Auf unserem Planeten wurde Leben an unvorstellbaren Orten gefunden: in den Tiefen der Ozeane, in kochend heißen Quellen, tief unter der Erde, in sauren Gewässern… Diese Organismen, meist Bakterien oder Archaeen, sind Extremophile, die sich auf Gliese 581c oder ähnlichen Planeten leicht zu Hause fühlen könnten. Tatsächlich sind viele Orte auf der Erde nicht gerade einfach zu bewohnen. In den eisigen Gebieten am Nord- oder Südpol gibt es keine einheimische Fauna oder Flora, und in den trockensten Teilen einiger Wüsten der Welt, wie der Atacama, kann das Leben ebenfalls nur schwer gedeihen. Das wirft die Frage auf: Könnte es etwas Besseres als die Erde geben? Einige Forscher glauben, dass ein bewohnbarer Planet mit kleineren Kontinenten, größeren Gebieten mit flachen Ozeanen und etwas wärmeren Temperaturen sogar noch bessere Bedingungen als die Erde bieten könnte, damit Leben gedeihen und sich entwickeln kann.

Wenn wir offen für Möglichkeiten sind, könnte Leben sogar außerhalb der bewohnbaren Zone gefunden werden. Die Schwerkraft des Jupiter beispielsweise ist so stark, dass sie seinen Mond Europa erwärmt, sodass dort sogar in dieser großen Entfernung von der Sonne Ozeane aus flüssigem Wasser existieren können, wenn auch unter der Eiskruste des Mondes und nicht an seiner Oberfläche. Wir könnten uns sogar Lebensformen vorstellen, die sich völlig von unseren unterscheiden, die in Ozeanen aus Ammoniak leben und aus Molekülen bestehen, die wir noch nie gesehen haben, und die in der Lage sind, an Orten zu leben, die sich stark von der Erde unterscheiden. Die Erde bleibt unser einziges Beispiel für einen bewohnbaren Planeten, daher müssen wir unsere Suche vorerst vielleicht auf vertraut aussehende Organismen und Exoplaneten beschränken.

Neue Bemühungen jenseits der habitablen Zone
Über die Suche nach Planeten in der bewohnbaren Zone hinaus konzentrieren sich Astronomen nun darauf, lebensbezogene Elemente nachzuweisen. Gase wie CO₂ und Methan können durch biologische Prozesse entstehen, müssen dies aber nicht unbedingt. Andere Gase wie Dimethylsulfid werden vermutlich ausschließlich von lebenden Organismen produziert – allerdings sind sich nicht alle einig, dass dies als zuverlässiges Biosignal angesehen werden kann. Dies ist ein zentrales Problem: Wie kann man mit Sicherheit nachweisen, dass eine bestimmte spektrale Signatur nicht durch nicht-biologische Prozesse verursacht wird?

Zukünftige Einrichtungen wie das geplante Extremely Large Telescope der ESO versprechen reichhaltigere Daten für die Exobiologieforschung. Es wird uns nicht nur helfen, mehr Planeten in der gemäßigten Zone ihrer Sterne zu finden, sondern auch dabei, die Merkmale aufzudecken, die uns sagen, ob sie wirklich bewohnbar sind. Bei der Interpretation der Daten müssen wir jedoch wachsam bleiben, da Bewohnbarkeit nicht garantiert, dass ein Planet tatsächlich Leben beherbergt.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten in habitabler Zone

Der Beitrag Hoffnung oder Verzweiflung: Ist irgendein Exoplanet wirklich bewohnbar? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: NASA / Lauren Leese, 22. Januar 2026

Der enorme Datenschatz dieser Missionen enthält jedoch noch viele bisher unentdeckte Planeten. Alle Daten beider Missionen sind in den Archiven der NASA öffentlich zugänglich, und viele Teams auf der ganzen Welt haben diese Daten genutzt, um mit Hilfe verschiedener Techniken neue Planeten zu finden.

Im Jahr 2021 entwickelte ein Team des Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley ExoMiner, eine Open-Source-Software, die künstliche Intelligenz (KI) einsetzt, um 370 neue Exoplaneten aus Kepler-Daten zu validieren. Nun hat das Team eine neue Version des Modells entwickelt, die sowohl mit Kepler- als auch mit TESS-Daten trainiert wurde und den Namen ExoMiner++ trägt.

Der neue Algorithmus, der in einem kürzlich im Astronomical Journal veröffentlichten Artikel vorgestellt wurde, identifizierte bei einem ersten Durchlauf 7.000 Ziele aus TESS als Exoplaneten-Kandidaten. Ein Exoplaneten-Kandidat ist ein Signal, das wahrscheinlich von einem Planeten stammt, aber zur Bestätigung weitere Beobachtungen mit zusätzlichen Teleskopen erfordert.

ExoMiner++ kann kostenlos von GitHub heruntergeladen werden, sodass jeder Forscher das Tool nutzen kann, um in dem wachsenden öffentlichen Datenarchiv von TESS nach Planeten zu suchen. „Open-Source-Software wie ExoMiner beschleunigt wissenschaftliche Entdeckungen“, sagte Kevin Murphy, Chief Science Data Officer der NASA in der NASA-Zentrale in Washington. „Wenn Forscher die von ihnen entwickelten Tools frei zur Verfügung stellen, können andere die Ergebnisse reproduzieren und die Daten genauer untersuchen. Deshalb sind offene Daten und Codes wichtige Säulen der Goldstandard-Wissenschaft.“

ExoMiner++ durchsucht Beobachtungen möglicher Transite, um vorherzusagen, welche von Exoplaneten und welche von anderen astronomischen Ereignissen, wie beispielsweise bedeckungsveränderlichen Doppelsternen, verursacht werden. „Wenn man wie in diesem Fall Hunderttausende von Signalen hat, ist dies der ideale Ort, um diese Deep-Learning-Technologien einzusetzen“, sagte Miguel Martinho, ein KBR-Mitarbeiter bei der NASA Ames, der als Co-Forscher für ExoMiner++ tätig ist.

Kepler und TESS arbeiten unterschiedlich – TESS beobachtet fast den gesamten Himmel und sucht hauptsächlich nach Planeten, die vor nahen Sternen vorbeiziehen, während Kepler einen kleinen Ausschnitt des Himmels genauer als TESS untersuchte. Trotz dieser unterschiedlichen Beobachtungsstrategien liefern die beiden Missionen kompatible Datensätze, sodass ExoMiner++ mit Daten beider Teleskope trainieren und überzeugende Ergebnisse liefern kann. „Mit wenigen Ressourcen können wir viel erreichen“, sagte Hamed Valizadegan, Projektleiter für ExoMiner und KBR-Mitarbeiter bei der NASA Ames.

Die nächste Version von ExoMiner++ wird die Nützlichkeit des Modells verbessern und zukünftige Bemühungen zur Entdeckung von Exoplaneten unterstützen. Während ExoMiner++ derzeit Planetenkandidaten markieren kann, wenn es eine Liste möglicher Transitsignale erhält, arbeitet das Team auch daran, dem Modell die Fähigkeit zu geben, die Signale selbst aus den Rohdaten zu identifizieren.

„Open-Source-Wissenschaft und Open-Source-Software sind der Grund dafür, dass sich das Gebiet der Exoplanetenforschung so schnell weiterentwickelt.“ Jon Jenkins, Exoplanet Scientist, NASA Ames Research Center.

Zusätzlich zu den laufend eintreffenden Daten von TESS werden zukünftige Missionen zur Suche nach Exoplaneten den Nutzern von ExoMiner noch viel mehr Daten zur Verfügung stellen. Das kommende Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA wird Zehntausende von Exoplaneten-Transiten erfassen – und wie die TESS-Daten werden auch die Roman-Daten gemäß der Verpflichtung der NASA zu Gold Standard Science und zur Weitergabe von Daten an die Öffentlichkeit frei verfügbar sein. Die mit den ExoMiner-Modellen erzielten Fortschritte könnten auch bei der Suche nach Exoplaneten in den Roman-Daten helfen. „Die Open-Science-Initiative der NASA wird nicht nur zu besserer Wissenschaft, sondern auch zu besserer Software führen”, sagte Jon Jenkins, Exoplanetenwissenschaftler bei der NASA Ames. „Open-Source-Wissenschaft und Open-Source-Software sind der Grund, warum das Gebiet der Exoplaneten so schnell voranschreitet.”

Das Büro des Chief Science Data Officer der NASA leitet die Open-Science-Bemühungen der Behörde. Die öffentliche Weitergabe von wissenschaftlichen Daten, Tools, Forschungsergebnissen und Software maximiert die Wirkung der wissenschaftlichen Missionen der NASA. Weitere Informationen über das Engagement der NASA für Transparenz und Reproduzierbarkeit wissenschaftlicher Forschung finden Sie unter science.nasa.gov/open-science. Um weitere Berichte über die Auswirkungen der wissenschaftlichen Daten der NASA direkt in Ihren Posteingang zu erhalten, melden Sie sich für den NASA Open Science-Newsletter an.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• TESS – Transiting Exoplanet Survey Satellite
• Exoplaneten

Der Beitrag NASA KI, welche 370 Exoplaneten aufgespürt hat, untersucht nun TESS Daten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: NASA, 9. Januar 2026

Mit an Bord sind zwei schuhkartongroße Satelliten namens BlackCAT (Black Hole Coded Aperture Telescope) und SPARCS (Star-Planet Activity Research CubeSat), mit denen die NASA innovative und ehrgeizige wissenschaftliche Missionen durchführt, die mit kostengünstigen, kreativen Ansätzen Fragen wie „Wie funktioniert das Universum?“ und „Sind wir allein?“ beantworten sollen.

„Das Ziel von Pandora ist es, die atmosphärischen Signale von Planeten und Sternen mithilfe von sichtbarem und nahinfrarotem Licht zu entwirren“, sagte Elisa Quintana, Pandoras Hauptforscherin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Diese Informationen können Astronomen dabei helfen, festzustellen, ob die entdeckten Elemente und Verbindungen vom Stern oder vom Planeten stammen – ein wichtiger Schritt bei der Suche nach Anzeichen von Leben im Kosmos.“

BlackCAT und SPARCS sind kleine Satelliten, die das vergängliche, hochenergetische Universum bzw. die Aktivität von Sternen mit geringer Masse untersuchen werden.
Pandora wird Planeten beobachten, wenn sie aus unserer Perspektive vor ihren Sternen vorbeiziehen, ein Ereignis, das als Transit bezeichnet wird.
Wenn Sternenlicht die Atmosphäre eines Planeten durchdringt, interagiert es mit Substanzen wie Wasser und Sauerstoff, die charakteristische Wellenlängen absorbieren und dem Signal ihre chemischen Fingerabdrücke hinzufügen.
Aber während nur ein kleiner Teil des Sternenlichts den Planeten streift, sammeln Teleskope auch den Rest des Lichts, das von der dem Stern zugewandten Seite ausgestrahlt wird. Sternoberflächen können hellere und dunklere Bereiche aufweisen, die im Laufe der Zeit wachsen, schrumpfen und ihre Position verändern, wodurch Signale aus planetarischen Atmosphären unterdrückt oder verstärkt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass einige dieser Bereiche möglicherweise dieselben Chemikalien enthalten, die Astronomen in der Atmosphäre des Planeten zu finden hoffen, wie beispielsweise Wasserdampf.
All diese Faktoren machen es schwierig, mit Sicherheit zu sagen, dass wichtige nachgewiesene Moleküle ausschließlich vom Planeten stammen.
Pandora wird zur Lösung dieses Problems beitragen, indem es im ersten Jahr mindestens 20 Exoplaneten und ihre Muttersterne eingehend untersucht. Der Satellit wird jeden Planeten und seinen Stern zehnmal beobachten, wobei jede Beobachtung insgesamt 24 Stunden dauert. Viele dieser Welten gehören zu den über 6.000 Planeten, die von Missionen wie dem TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA entdeckt wurden.

Hier können Sie hochauflösende Bilder aus dem Scientific Visualization Studio der NASA herunterladen.

Pandora wird sichtbares und nahes Infrarotlicht mit einem neuartigen, vollständig aus Aluminium gefertigten 17 Zoll (45 cm) breiten Teleskop sammeln, das gemeinsam vom Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien und Corning Incorporated in Keene, New Hampshire, entwickelt wurde. Der Nahinfrarotdetektor von Pandora ist ein Ersatzteil, das für das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA entwickelt wurde.

Jede lange Beobachtungsperiode wird das Licht eines Sterns sowohl vor als auch während eines Transits erfassen und dabei helfen, festzustellen, wie sich die Oberflächenmerkmale von Sternen auf die Messungen auswirken.
„Diese intensiven Untersuchungen einzelner Systeme sind bei Missionen mit hoher Nachfrage wie Webb nur schwer zu planen“, sagte Ingenieur Jordan Karburn, stellvertretender Projektleiter von Pandora in Livermore. „Außerdem sind simultane Messungen in mehreren Wellenlängen erforderlich, um das Signal des Sterns von dem des Planeten zu unterscheiden. Die langen Beobachtungen mit beiden Detektoren sind entscheidend, um die genaue Herkunft von Elementen und Verbindungen zu ermitteln, die Wissenschaftler als Indikatoren für potenzielle Bewohnbarkeit betrachten.“

Pandora ist der erste Satellit, der im Rahmen des Astrophysics Pioneers-Programms der Behörde gestartet wird, dessen Ziel es ist, spannende Astrophysik zu geringeren Kosten zu betreiben und gleichzeitig die nächste Generation von Führungskräften in der Weltraumwissenschaft auszubilden.
Nach dem Start in die niedrige Erdumlaufbahn wird Pandora einen Monat lang in Betrieb genommen, bevor er seine einjährige Hauptmission antritt. Alle Daten der Mission werden öffentlich zugänglich sein.
„Die Pandora-Mission ist ein mutiges neues Kapitel in der Erforschung von Exoplaneten”, sagte Daniel Apai, Professor für Astronomie und Planetenwissenschaften an der Universität von Arizona in Tucson, wo sich das Operationszentrum der Mission befindet. „Es ist das erste Weltraumteleskop, das speziell dafür gebaut wurde, das durch die Atmosphären von Exoplaneten gefilterte Sternenlicht detailliert zu untersuchen. Die Daten von Pandora werden Wissenschaftlern helfen, Beobachtungen aus früheren und aktuellen Missionen wie den Weltraumteleskopen Kepler und Webb der NASA zu interpretieren. Und sie werden eine Grundlage für zukünftige Projekte bei der Suche nach bewohnbaren Welten legen.“

Hier können Sie hochauflösende Videos und Bilder aus dem Scientific Visualization Studio der NASA herunterladen.

Die Missionen BlackCAT und SPARCS werden zusammen mit Pandora im Rahmen des Astrophysics CubeSat-Programms der NASA starten, wobei letzteres von der CubeSat Launch Initiative der Behörde unterstützt wird.
CubeSats sind eine Klasse von Nanosatelliten, deren Größe einem Vielfachen eines Standardwürfels mit Kantenlängen von 10 Zentimetern entspricht. Sowohl BlackCAT als auch SPARCS sind 30 x 20 x 10 Zentimeter groß. CubeSats wurden entwickelt, um einen kostengünstigen Zugang zum Weltraum zu ermöglichen, um neue Technologien zu testen und Nachwuchswissenschaftler und -ingenieure auszubilden und gleichzeitig spannende wissenschaftliche Erkenntnisse zu liefern.

Die BlackCAT-Mission wird ein Weitfeldteleskop und einen neuartigen Röntgendetektor einsetzen, um starke kosmische Explosionen wie Gammastrahlenausbrüche, insbesondere aus dem frühen Universum, und andere flüchtige kosmische Ereignisse zu untersuchen. Sie wird sich dem Netzwerk der NASA-Missionen anschließen, die diese Veränderungen beobachten. Abe Falcone von der Pennsylvania State University in University Park, wo der Satellit entworfen und gebaut wurde, leitet die Mission mit Unterstützung des Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Kongsberg NanoAvionics US stellte den Raumfahrzeugbus zur Verfügung.

Der SPARCS CubeSat wird Flares und andere Aktivitäten von Sternen mit geringer Masse mithilfe von ultraviolettem Licht beobachten, um festzustellen, wie sie sich auf die Weltraumumgebung um umkreisende Planeten auswirken. Evgenya Shkolnik von der Arizona State University in Tempe leitet die Mission unter Beteiligung des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien. Neben der wissenschaftlichen Unterstützung hat das JPL die Ultraviolettdetektoren und die dazugehörige Elektronik entwickelt. Blue Canyon Technologies hat den Raumfahrzeugbus hergestellt.

Pandora wird von der NASA Goddard geleitet. Livermore ist für das Projektmanagement und die Technik der Mission verantwortlich. Das Teleskop von Pandora wurde von Corning hergestellt und in Zusammenarbeit mit Livermore entwickelt, das auch die Bilddetektoren, die Steuerelektronik der Mission und alle unterstützenden thermischen und mechanischen Subsysteme entwickelt hat. Der Nahinfrarotsensor wurde von der NASA Goddard bereitgestellt. Blue Canyon Technologies lieferte den Bus und führte die Montage, Integration und Umwelttests des Raumfahrzeugs durch. Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley wird die Datenverarbeitung der Mission übernehmen. Das Missionskontrollzentrum von Pandora befindet sich an der University of Arizona, und eine Reihe weiterer Universitäten unterstützt das Wissenschaftsteam.

Verfasserin: Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Mission Twilight auf Falcon 9

Der Beitrag Pandora-Satellit und CubeSats der NASA sollen Exoplaneten erforschen und mehr erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern 27. Juni 2024.

27. Juni 2024 – Der Unterschied in der Dichte geht gemäss den Forschenden auf unterschiedliche Entstehungsprozesse dieser Exoplaneten zurück, und ist nicht das Ergebnis der Anwendung von unterschiedlichen Messmethoden, was bisher ebenfalls für möglich gehalten wurde.

Exoplaneten gibt es in unserer Galaxie reichlich. Die häufigsten liegen zwischen dem Radius der Erde (ca. 6’400 km) und dem des Neptuns (ca. 25’000 km) und werden als «Sub-Neptune» bezeichnet. Man schätzt, dass 30% bis 50% der sonnenähnlichen Sterne mindestens einen dieser Planeten «beherbergen». Die Berechnung der Dichte dieser Planeten stellt die Wissenschaft vor ein Rätsel. Um die Dichte von Sub-Neptunen zu schätzen, werden zunächst ihre Masse und ihr Radius gemessen. Das Problem besteht darin, dass Planeten, deren Masse mit der TTV-Methode (Transit-Timing-Variation) gemessen wird, weniger dicht sind als Planeten, deren Masse mit der Radialgeschwindigkeitsmethode, der anderen möglichen Messmethode, gemessen wurde.

«Mit der TTV-Methode werden Variationen im Transitzeitpunkt gemessen, das heisst, wie sich der Zeitpunkt ändert, zu dem die Planeten vor ihrem Stern vorbeiziehen. Die Gravitationswechselwirkungen zwischen den Planeten desselben Systems verändern diesen Zeitpunkt leicht», erklärt Jean-Baptiste Delisle, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Département d’Astronomie an der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Mitautor der Studie. «Bei der Radialgeschwindigkeitsmethode hingegen werden die Geschwindigkeitsänderungen des Sterns gemessen, die durch die Anwesenheit des Planeten um ihn herum verursacht werden», so Delisle weiter.

Verzerrungen in den Daten beseitigen
Ein internationales Team von Astronominnen und Astronomen unter der Leitung des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS, der Universität Genf und der Universität Bern hat eine Studie veröffentlicht, die dieses Phänomen erklärt. Es ist nicht auf Auswahl- oder Beobachtungsfehler zurückzuführen, sondern hat physikalische Gründe. «Die meisten der mit der TTV-Methode gemessenen Systeme befinden sich in Resonanz», erklärt Adrien Leleu, Assistenzprofessor am Département d’Astronomie an der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Hauptautor der Studie. Zwei Planeten befinden sich dann in Resonanz, wenn das Verhältnis zwischen ihren Umlaufzeiten eine rationale Zahl ist. Wenn zum Beispiel ein Planet zwei Bahnen um seinen Stern zieht, zieht ein anderer Planet genau eine Bahn. Befinden sich mehrere Planeten in Resonanz, spricht man von einer Kette von Laplace-Resonanzen. «Wir haben uns daher gefragt, ob es einen Zusammenhang zwischen der Dichte und der resonanten Bahnkonfiguration eines Planetensystems gibt», erklärt Leleu weiter.

Um den Zusammenhang zwischen Dichte und Resonanz zu ermitteln, mussten die Forschenden zunächst durch eine sorgfältige Auswahl der Planetensysteme für die statistische Analyse jegliche Verzerrung der Daten ausschliessen. Ein grosser, massearmer Planet, der während eines Transits entdeckt wird, benötigt beispielsweise mehr Zeit, um mit der Radialgeschwindigkeitsmethode erfasst zu werden. Dies erhöht das Risiko, dass die Beobachtungen abgebrochen werden, bevor der Planet in den Radialgeschwindigkeitsdaten sichtbar wird und seine Masse geschätzt werden kann.

«Dieser Auswahlprozess würde zu einer Verzerrung zugunsten höherer Massen und Dichten für Planeten führen, die mit der Radialgeschwindigkeitsmethode charakterisiert wurden. Da wir keine Messung ihrer Massen haben, würden die weniger dichten Planeten von unseren Analysen ausgeschlossen», erklärt Adrien Leleu.

Nach dieser Bereinigung konnten die Forschenden mit Hilfe statistischer Tests feststellen, dass die Dichte der Sub-Neptune in den resonanten Systemen geringer ist als in den nicht resonanten Systemen, unabhängig davon, welche Methode zur Bestimmung ihrer Masse verwendet wurde.

Eine Frage der Resonanz
Die Forschenden schlagen mehrere mögliche Erklärungen für diesen Zusammenhang vor, darunter die Prozesse, die bei der Entstehung von Planetensystemen ablaufen. Die Haupthypothese der Studie lautet, dass alle Planetensysteme in den ersten Momenten ihrer Existenz zu einem Resonanzkettenzustand konvergieren, aber nur 5% davon stabil bleiben. Die anderen 95% werden instabil. Die Resonanzkette bricht dann zusammen, was zu einer Reihe von «Katastrophen» führt, wie etwa Kollisionen zwischen Planeten. Die Planeten verschmelzen miteinander und gelangen so zu höheren Dichten, bevor sie sich in nicht-resonanten Bahnen stabilisieren.

Dieser Prozess erzeugt zwei sehr unterschiedliche Populationen von Sub-Neptunen: dichte und weniger dichte. «Die numerischen Modelle zur Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen, die wir in den letzten zwei Jahrzehnten an der Universität Bern entwickelt haben, reproduzieren genau diesen Trend: Planeten in Resonanz sind weniger dicht. Die aktuelle Studie bestätigt zudem, dass die meisten Planetensysteme Schauplatz riesiger Kollisionen waren, die ähnlich heftig oder sogar heftiger waren als diejenige, aus der unser Mond hervorging», folgert Yann Alibert, Professor in der Abteilung für Weltraumforschung und Planetolgoie (WP) und Co-Direktor des Center for Space and Habitability sowie Co-Autor der Studie.

Publikation:
Resonant sub-Neptunes are puffier by Adrien Leleu et al., publiziert in Astronomy & Astrophysics, Juni 2024
DOI: 10.1051/0004-6361/202450587
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/07/aa50587-24/aa50587-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/07/aa50587-24.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Uni Bern: Rätsel der Unterschiede in der Dichte der Sub-Neptune gelöst erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 12. April 2024.

12. April 2024 – Das Magnetfeld eines Sterns muss berücksichtigt werden, um die Größe und andere Eigenschaften seiner Exoplaneten aus Beobachtungsdaten von Weltraumteleskopen wie Kepler, James Webb oder PLATO korrekt zu bestimmen. Das belegen neue Modellrechnungen, die eine Forschergruppe unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen heute in der Fachzeitschrift Nature Astronomy vorstellt. Die Forschenden zeigen, dass die Helligkeitsverteilung des Sterns über seine gesamte Scheibe von seiner magnetischen Aktivität abhängt. Dies wiederum beeinflusst die Spuren, die seine Exoplaneten in Beobachtungsdaten hinterlassen. Das neue Modell der Forschergruppe ist unerlässlich, um bei der Suche nach fernen Welten außerhalb unseres Sonnensystems die Daten der neusten Generation von Weltraumteleskopen richtig interpretieren zu können.

700 Lichtjahre entfernt von der Erde im Sternbild Jungfrau zieht der Planet WASP-39b seine Bahnen um den Stern WASP-39. Der Gasriese, der kaum mehr als vier Tage für einen Umlauf benötigt, zählt zu den am besten untersuchten Exoplaneten: Kurz nach der Inbetriebnahme im Juli 2022 richtete das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA seinen hochpräzisen Blick auf den fernen Planeten. In den Messdaten fanden sich Hinweise auf große Mengen Wasserdampf, auf Methan und sogar erstmals auf Kohlendioxid in der Atmosphäre von WASP-39b. Eine kleine Sensation. Doch es bleibt ein Wermutstropfen: Forschenden gelingt es bisher nicht, alle entscheidenden Details der Messkurven in Modellrechnungen zu reproduzieren. Dies steht einer noch exakteren Auswertung der Daten im Wege. In ihrer aktuellen Studie zeigt das vom MPS geleitete Team, zu dem auch Forschende des Massachusetts Institute of Technology (USA), des Space Telescope Science Institute (USA), der Universität Keele (Vereinigtes Königreich) und der Universität Heidelberg gehören, einen Weg auf, dieses Hindernis zu überwinden.

„Die Probleme, die sich bei der Interpretation der Messdaten von WASP-39b ergeben, kennen wir von vielen Exoplaneten – ganz gleich, ob sie mit den Weltraumteleskopen Kepler, TESS, James-Webb oder der zukünftigem Raumsonde PLATO beobachtet werden“, erklärt MPS-Wissenschaftlerin Dr. Nadiia Kostogryz, Erstautorin der neuen Studie. „Auch bei WASP-39 fällt die beobachtete Lichtkurve flacher ab, als bisherige Modelle erklären können“, fügt sie hinzu.

Als Lichtkurve bezeichnen Forschende Helligkeitsmessung eines Sterns über einen längeren Zeitraum. Die Helligkeit eines Sterns fluktuiert ständig, etwa weil seine Leuchtkraft natürlichen Schwankungen unterliegt. Auch Exoplaneten können Spuren in der Lichtkurve hinterlassen. Zieht ein Exoplanet vom Beobachter aus betrachtet vor seinem Stern vorbei, verdunkelt er ihn. In der Lichtkurve zeigt sich dies als regelmäßig wiederkehrender Helligkeitsabfall. Genaue Auswertungen solcher Kurven liefern Informationen über Größe und Umlaufdauer des Planeten. Zudem können Forschende ihnen Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten entnehmen, wenn sie das Sternenlicht in seine verschiedenen Wellenlängen aufgespalten.

Genauer Blick auf den Randbereich
Eine entscheidende Rolle bei der Interpretation einer Lichtkurve spielt der Randbereich eines Sterns. Wie im Fall der Sonne erscheint dieser dem Beobachter dunkler als der innere Bereich des Sterns. Dabei leuchtet der Stern weiter außen nicht wirklich weniger hell. „Da der Stern eine Kugel ist und seine Oberfläche gekrümmt, schauen wir am Rand in höhere und deshalb kühlere Schichten als in der Mitte“, erklärt Koautor und MPS-Direktor Prof. Dr. Laurent Gizon. „Dieser Bereich erscheint uns deshalb dunkler“, fügt er hinzu.

Dass sich die Randverdunklung auf die genaue Form des Exoplaneten-Signals in der Lichtkurve auswirkt, ist bekannt: Die Verdunklung bestimmt, wie steil die Helligkeit eines Sterns beim Planetentransit abfällt und danach wieder ansteigt. Doch mit herkömmlichen Modellen der Sternatmosphäre war es bisher nicht möglich, Messdaten genau zu reproduzieren. Die gemessenen Lichtkurven fielen stets weniger abrupt ab, als die Modellrechnungen erwarten ließen. „Es war klar, dass uns ein entscheidendes Puzzleteil fehlt, um das Signal der Exoplaneten genau zu verstehen“, so Koautor und MPS-Direktor Prof. Dr. Sami Solanki.

Magnetfeld ist das fehlende Puzzleteil
Wie die heute veröffentlichten Rechnungen zeigen, handelt es sich bei dem gesuchten Puzzleteil um das Magnetfeld des Sterns. Wie auch die Sonne erzeugen viele Sterne tief in ihrem Innern durch gewaltige Plasmaumwälzungen ein Magnetfeld. Dieses konnten die Forscher*innen nun erstmals in ihre Modellrechnungen der Randverdunklung einbeziehen. Dabei zeigte sich, dass sich die Stärke des Magnetfeldes empfindlich auswirkt: Bei Sternen mit schwachem Magnetfeld ist die Randverdunklung ausgeprägt; bei solchen mit starkem Magnetfeld fällt sie schwächer aus.

Zudem konnten die Forscher*innen belegen, dass die Diskrepanz zwischen Beobachtungsdaten und Modellrechnungen verschwindet, wenn das Magnetfeld des Sterns mitberücksichtigt wird. Dafür wandte sich das Team ausgewählten Messdaten des NASA-Weltraumteleskops Kepler zu, das von 2009 bis 2018 das Licht abertausender Sterne einfing. In einem ersten Schritt modellierten die Wissenschaftler*innen die Atmosphäre typischer Kepler-Sterne unter Beisein eines Magnetfeldes. In einem zweiten Schritt erzeugten sie dann aus diesen Rechnungen „künstliche“ Beobachtungsdaten. Wie ein Vergleich mit den echten Messdaten zeigte, gelingt es, die Kepler-Daten zu reproduzieren, wenn das Magnetfeld berücksichtigt wird.

Ebenso weitete das Team seine Überlegungen auf Messdaten des James-Webb-Teleskops aus. Dies ist in der Lage, das Licht ferner Sterne in seine verschiedenen Wellenlängen zu zerlegen und so nach den charakteristischen Anzeichen bestimmter Moleküle in der Atmosphäre der entdeckten Planeten zu suchen. Wie sich zeigt, beeinflusst das Magnetfeld des Muttersterns seine Randverdunklung in verschiedenen Wellenlängen unterschiedlich – und sollte deshalb bei künftigen Auswertungen mitberücksichtigt werden, um noch präzisere Ergebnisse zu erzielen.

Von Teleskopen zu Modellen
„In den vergangenen Jahrzehnten und Jahren bestand der Weg, in der Exoplanetenforschung voranzukommen, darin, die Hardware zu verbessern, also die Weltraumteleskope, die für die Suche nach neuen Welten und deren Charakterisierung entwickelt wurden. Das James-Webb-Weltraumteleskop ist die aktuelle Spitze dieser Entwicklung“, so Dr. Alexander Shapiro, Koautor der aktuellen Studie und Leiter einer MPS-Forschungsgruppe, die von der Europäischen Forschungskommission (ERC) gefördert wird. „Der nächste Schritt ist es nun, die Modelle zur Interpretation dieser hervorragenden Daten zu verbessern und zu verfeinern“, fügt er hinzu.

Um diese Entwicklung weiter voranzutreiben, wollen die Forscher*innen ihre Analysen nun auf Sterne ausweiten, die sich deutlich von der Sonne unterscheiden. Zudem bieten ihre Erkenntnisse die Möglichkeit, in Zukunft aus den Lichtkurven von Sternen mit Exoplaneten auf die Stärke des Sternmagnetfeldes zu schließen.

Originalveröffentlichung
Nadiia M. Kostogryz, Alexander I. Shapiro, Veronika Witzke et al.:
Magnetic origin of the discrepancy between stellar limb-darkening models and observations,
Nature Astronomy, 12. April 2024
dx.doi.org/10.1038/s41550-024-02252-5
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02252-5
pdf: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02252-5.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag MPS: Ein maßgenauer Blick auf Exoplaneten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: OHB SE 13. März 2024.

Oberpfaffenhofen, 13. März 2024. Am bayerischen Standort des industriellen Hauptauftragnehmers OHB System AG wird derzeit die Integration des ersten Satzes von Kameras in die sogenannte optische Bank vorbereitet. Am Ende wird der Satellit über 26 Kameras verfügen, die nach erdähnlichen Planeten in der Umlaufbahn um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems suchen werden. Um die Beobachtungen ungestört durchführen zu können, wird PLATO von der Sonne aus gesehen hinter der Erde am Lagrange-Punkt L2*) positioniert. Vertreter der Projektpartner, die das wissenschaftliche Instrument konzipiert und entwickelt haben, nahmen gestern an einer Konferenz in Oberpfaffenhofen teil, um den Beginn der Integrationsaktivitäten im neuesten ISO 5-Reinraum der OHB zu feiern.

Thomas Walloschek, PLATO-Projektleiter bei der ESA: „Es ist wirklich großartig zu sehen, wie die Dinge zusammenkommen, wenn das Industrieteam unter der Leitung von OHB als Hauptauftragnehmer, das internationale PLATO-Konsortium, das für die Entwicklung der Nutzlast verantwortlich ist, und das ESA-Team, das die Gesamtmission verantwortet, ihre Kräfte bündeln. Dies kann nur gelingen, wenn alle kooperativ und konstruktiv zusammenarbeiten und das gleiche Ziel verfolgen: den Erfolg der wissenschaftlichen Mission. Der nächste große Schritt für das Nutzlastmodul beginnt jetzt mit der Fertigstellung des neuen Reinraums und dem Beginn der Integration der Kameras und der Datenverarbeitungssysteme der Nutzlast.“

Prof. Dr. Heike Rauer, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Koordinatorin des internationalen PLATO-Missionskonsortiums, das Mitglieder aus 15 Ländern umfasst: „Es ist großartig zu sehen, wie unser Traum von einem Teleskop, das erdähnliche Planeten um Sterne wie unsere Sonne aufspüren und charakterisieren kann, Schritt für Schritt Wirklichkeit wird. Mit der Fertigstellung des ersten Satzes von Flugkameras bewegt sich das Projekt auf den Start der Mission in nicht allzu ferner Zukunft zu. Ich arbeite sehr gerne in diesem Team, das Wissenschaftler und Ingenieure aus der Industrie unter der Leitung von OHB, der ESA und wissenschaftlichen Einrichtungen aus ganz Europa zusammenbringt, die alle auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten.“

Chiara Pedersoli, Vorstandsvorsitzende der OHB System AG: „Ich habe den Austausch mit den am PLATO-Projekt beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sehr genossen, er war wirklich inspirierend. Unser neuer Reinraum ist optimal für die Anforderungen des Instruments und die anschließende Satellitenintegration ausgestattet. Er verfügt über einen ISO 8- und einen ISO 5-Bereich, die je nach den spezifischen Projektanforderungen flexibel konfiguriert werden können. Mit einer nach unseren Anforderungen konzipierten Thermalvakuumkammer haben wir hier im OHB-Raumfahrtzentrum Optik und Wissenschaft nun auch die Möglichkeit, einige Umwelttests selbst durchzuführen. Unsere neuen Einrichtungen sind ein Bekenntnis zu wissenschaftlichen Missionen mit ihrem hohen Bedarf an Flexibilität und zum Raumfahrtstandort Bayern.“

Neben den Vertretern der ESA und des DLR sind auch Repräsentanten des Italienischen Nationalen Institust für Astrophysik (INAF – Istituto Nazionale di AstroFisica), das die Entwicklung und Produktion der PLATO-Kameras koordiniert, sowie Wissenschaftler und Ingenieure verschiedener anderer europäischer Forschungseinrichtungen nach Oberpfaffenhofen gekommen, um den Reinraum zu besichtigen und einen Blick auf die Integration der Flughardware zu werfen.

Die Mission: Exoplaneten und ihre Sterne
In einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde wird PLATO nach „neuen Welten“ Ausschau halten. Dazu beobachtet das Observatorium helle Sterne über längere Zeiträume ununterbrochen photometrisch, um regelmäßige Lichtverluste zu erkennen, die auftreten, wenn Planeten ihre Sterne passieren und dabei einen Teil des Sternenlichts vorübergehend ausblenden. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, muss die optische Nutzlast perfekt ausgerichtet und stabilisiert sein.

PLATO wird den Wissenschaftlern neue Erkenntnisse sowohl über Exoplaneten**) als auch über ihre Sterne liefern. Zum einen geht es darum, die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu verstehen. Zudem erwarten die Wissenschaftler Antworten auf die Fragen, ob unser Sonnensystem einzigartig ist und welche Eigenschaften erdähnliche Planeten in der bewohnbaren Zone anderer Sterne haben. Zum anderen ist die Messung der seismischen Aktivitäten von Sternen ein Ziel der Forschungsarbeiten. Die Beobachtungen ermöglichen eine genauere Charakterisierung von Sternen außerhalb unseres Sonnensystems, einschließlich ihres Alters. Die Kenntnis der physikalischen Struktur von Sternen ist von grundlegender Bedeutung für die Beurteilung der Möglichkeit, Exoplaneten mit ähnlichen Merkmalen wie unsere Erde zu finden, auf denen Leben möglich ist.

Die Projektpartner: Europäische Wissenschaft und Industrie
Die OHB System AG wurde von der ESA als Hauptauftragnehmer für die Entwicklung von PLATO, der dritten M-Klasse-Mission (M-Klasse = Mission mittlerer Größe) im Rahmen des Cosmic-Vision-Programms, ausgewählt. Der Auftrag umfasst neben der Lieferung des zweieinhalb Tonnen schweren Satelliten auch die Unterstützung bei der Startkampagne und der Inbetriebnahmephase im Orbit. Das Engagement von OHB endet erst mit der In-Orbit-Verifikation, bei der die volle Funktionsfähigkeit des Satelliten im Orbit nachgewiesen wird.

Bei der Entwicklung und Produktion des PLATO-Satelliten setzt OHB auf die Kernpartner Thales Alenia Space in Frankreich (Avionik, d.h. das On-Board-Handling der Daten sowie die Lage- und Bahnkontrolle des Satelliten) und Großbritannien (Integration und Test der Satellitenplattform), sowie Beyond Gravity Schweiz (optische Bank für die Kameras). Weitere europäische Unternehmen, darunter die Schwesterunternehmen OHB Sweden, OHB Hellas und OHB Czechspace, sind als Unterauftragnehmer beteiligt. Die 26 etwa kniehohen Kameras und das das On-Board-Datenverarbeitungssystem des Instruments wurden von einem Konsortium europäischer Forschungsinstitute unter der Gesamtkoordination der ESA entwickelt und hergestellt. Der erste Satz von zehn Kameras wurde kürzlich an die OHB System AG in Oberpfaffenhofen, Bayern, geliefert und wird nun schrittweise in die optische Bank integriert.

*) Der Satellit behält auf diesem Orbit seine Orientierung in Bezug auf Sonne und Erde bei. Seine der Sonne zugewandten Solarpanels erzeugen die erforderliche Energie. Auf die in der Regel dreimonatigen Beobachtungszeit folgt ein Schwenkmanöver, das die Nutzlast vor der dann direkten Sonneneinstrahlung schützt.

**) Während es sich bei Planeten um Objekte handelt, die sich im gravitativen Einfluss unserer ‎Sonne befinden, diese also umkreisen, befinden sich Exoplaneten (oder extrasolare Planeten) außerhalb unseres Sonnensystems, also im Gravitationsfeld anderer Sterne.‎

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• PLATO

Der Beitrag PLATO: OHB bereitet sich auf Integration von 26 Kameras vor erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESON 5. März 2024.

5. März 2024 – Die beeindruckenden Bilder, die mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile aufgenommen wurden, stellen eine der größten jemals durchgeführten Durchmusterungen von planetenbildenden Scheiben dar. Die Untersuchung vereint Beobachtungen von mehr als 80 jungen Sternen, um die sich möglicherweise Planeten gebildet haben, und liefert der astronomischen Fachwelt eine Fülle von Daten und einzigartige Einblicke in die Entstehung von Planeten in verschiedenen Regionen unserer Galaxie.

„Wir erleben hier wirklich einen Wandel in unserem Forschungsgebiet“, sagt Christian Ginski, Dozent an der Universität Galway, Irland, und Hauptautor einer der drei neuen Arbeiten, die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurden. „Von der detaillierten Untersuchung einzelner Sternsysteme sind wir zu diesem riesigen Überblick über ganze Sternentstehungsgebiete übergegangen.“

Bislang wurden mehr als 5000 Planeten entdeckt, die andere Sterne als die Sonne umkreisen, oft in Systemen, die sich deutlich von unserem eigenen Sonnensystem unterscheiden. Um zu verstehen, wo und wie diese Vielfalt entsteht, müssen die Astronominnen und Astronomen die staub- und gasreichen Scheiben beobachten, die junge Sterne umhüllen – die eigentlichen Wiegen der Planetenbildung. Diese sind am besten in riesigen Gaswolken zu finden, in denen die Sterne selbst gerade entstehen.

Ähnlich wie bei entwickelten Planetensystemen zeigen die neuen Bilder die außergewöhnliche Vielfalt der planetenbildenden Scheiben. „Einige dieser Scheiben zeigen riesige Spiralarme, die vermutlich durch das komplizierte Ballett der sie umkreisenden Planeten angetrieben werden“, sagt Ginski. „Andere zeigen Ringe und große Hohlräume, die von den sich bildenden Planeten geschaffen wurden, während wieder andere inmitten all dieser Betriebsamkeit unscheinbar und fast schlafend erscheinen“, fügt Antonio Garufi hinzu. Er ist Astronom am Astrophysikalischen Observatorium Arcetri des Italienischen Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF) und Hauptautor einer der Arbeiten.

Das Team untersuchte insgesamt 86 Sterne in drei verschiedenen Sternentstehungsgebieten unserer Galaxie: Taurus und Chamäleon I, beide etwa 600 Lichtjahre von der Erde entfernt, und Orion, eine gasreiche Wolke etwa 1600 Lichtjahre von uns entfernt. Es ist bekannt, dass dort mehrere Sterne entstehen, die massereicher als die Sonne sind. Die Beobachtungen wurden von einem großen internationalen Team, bestehend aus Wissenschaftlern aus mehr als zehn Ländern, durchgeführt.

Das Team konnte mehrere wichtige Erkenntnisse aus dem Datensatz gewinnen. So wurde beispielsweise im Orion festgestellt, dass Sterne in Gruppen von zwei oder mehr Sternen mit geringerer Wahrscheinlichkeit große planetenbildende Scheiben haben. Ein wichtiges Ergebnis, wenn man bedenkt, dass die meisten Sterne in unserer Galaxie, anders als unsere Sonne, Begleiter haben. Weiterhin deutet das ungleichmäßige Aussehen der Scheiben in dieser Region auf eingebettete, massereiche Planeten hin, die zu einer Verformung und Schieflage der Scheiben führen können.

Obwohl sich die planetenbildenden Scheiben über Entfernungen erstrecken können, die Hunderte Male größer sind als die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, erscheinen sie aufgrund ihrer Lage mehrere Hundert Lichtjahre von uns entfernt wie winzige Nadelstiche am Nachthimmel. Zur Beobachtung der Scheiben setzte das Team das hochmoderne Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch Instrument (SPHERE) ein, das am VLT der ESO montiert ist. Das innovative extreme Adaptive-Optik-System von SPHERE korrigiert die turbulenten Effekte der Erdatmosphäre und liefert so scharfe Bilder der Scheiben. Dadurch konnte das Team Scheiben um Sterne mit Massen von nur der Hälfte der Sonnenmasse abbilden, die für die meisten anderen heute verfügbaren Instrumente zu lichtschwach sind. Zusätzliche Daten für die Durchmusterung wurden mit dem X-Shooter-Instrument des VLT gewonnen, mit dem die Forschenden feststellen konnten, wie jung und massereich die Sterne sind. Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO als Partner beteiligt ist, half dem Team hingegen, mehr über die Staubmenge zu erfahren, die einige der Sterne umgibt.

Im Zuge des technologischen Fortschritts hofft das Team, noch tiefer in die Herzen der planetenbildenden Systeme eindringen zu können. Der große 39-Meter-Spiegel des künftigen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO wird es dem Team beispielsweise ermöglichen, die innersten Regionen um junge Sterne zu untersuchen, in denen sich möglicherweise Gesteinsplaneten wie unser eigener bilden.

Bis dahin bieten diese spektakulären Bilder den Forschern eine Fundgrube an Daten, die helfen, die Geheimnisse der Planetenentstehung zu entschlüsseln. „Es ist fast schon poetisch, dass die Prozesse, die den Beginn der Reise zur Ausbildung von Planeten und schließlich von Leben in unserem eigenen Sonnensystem markieren, so schön sein sollen“, folgert Per-Gunnar Valegård. Er ist Doktorand an der Universität Amsterdam, Niederlande und leitete die Orion-Studie. Valegård, der auch Teilzeitlehrer an der Internationalen Schule Hilversum in den Niederlanden ist, hofft, dass die Bilder seine Schülerinnen und Schüler dazu inspirieren werden, in Zukunft den Beruf des Wissenschaftlers zu ergreifen.

Weitere Informationen
Diese Forschungsarbeit wurde in drei Artikeln vorgestellt, die in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheinen. Die vorgestellten Daten wurden im Rahmen des SPHERE-Konsortiums und des ESO-Großprogramms DESTINYS (Disk Evolution Study Through Imaging of Nearby Young Stars) gesammelt.

„The SPHERE view of the Chamaeleon I star-forming region: The full census of planet-forming disks with GTO and DESTINYS programs“ (https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202244005)
Das Team besteht aus C. Ginski ( Universität Galway, Irland; Sternwarte Leiden, Universität Leiden, Niederlande [Leiden]; Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Universität Amsterdam, Niederlande [API]), R. Tazaki (API), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Frankreich [Grenoble]), A. Garufi (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italien), C. Dominik (API), Á. Ribas (Europäische Südsternwarte, Chile [ESO Chile]), N. Engler (ETH Zürich, Institut für Teilchenphysik und Astrophysik, Schweiz), J. Hagelberg (Observatorium Genf, Universität Genf, Schweiz), R. G. van Holstein (ESO Chile), T. Muto (Division of Liberal Arts, Kogakuin University, Japan), P. Pinilla (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland [MPIA]; Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK), K. Kanagawa (Department of Earth and Planetary Sciences, Tokyo Institute of Technology, Japan), S. Kim (Department of Astronomy, Tsinghua University, China), N. Kurtovic (MPIA), M. Langlois (Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, CNRS, UCBL, Frankreich), J. Milli (Grenoble), M. Momose (College of Science, Ibaraki University, Japan [Ibaraki]), R. Orihara (Ibaraki), N. Pawellek (Institut für Astrophysik, Universität Wien, Österreich), T. O. B. Schmidt (Hamburger Sternwarte, Deutschland), F. Snik (Leiden), und Z. Wahhaj (ESO Chile).

„The SPHERE view of the Taurus star-forming region: The full census of planet-forming disks with GTO and DESTINYS programs“ (https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202347586)
Das Team besteht aus A. Garufi (INAF, Astrophysikalisches Observatorium von Arcetri, Italien [INAF Arcetri]), C. Ginski (Universität Galway, Irland), R. G. van Holstein (Europäische Südsternwarte, Chile [ESO Chile]), M. Benisty (Laboratoire Lagrange, Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Frankreich; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Frankreich [Grenoble]), C. F. Manara (Europäische Südsternwarte, Deutschland), S. Pérez (Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons [YEMS]; Departamento de Física, Universidad de Santiago de Chile, Chile [Santiago]), P. Pinilla (Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK), A. Ribas (Astronomisches Institut, Universität Cambridge, UK), P. Weber (YEMS, Santiago), J. Williams (Astronomisches Institut, Universität Hawai’i, USA), L. Cieza (Instituto de Estudios Astrofísicos, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile [Diego Portales]; YEMS), C. Dominik (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Universität Amsterdam, Niederlande [API]), S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italien), J. Huang (Department of Astronomy, Columbia University, USA), A. Zurlo (Diego Portales; YEMS), J. Bae (Department of Astronomy, University of Florida, USA), J. Hagelberg (Observatorium Genf, Universität Genf, Schweiz), Th. Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie, Deutschland [MPIA]), M. R. Hogerheijde (Sternwarte Leiden, Universität Leiden, Niederlande; API), M. Janson (Abteilung für Astronomie, Universität Stockholm, Schweden), F. Ménard (Grenoble), S. Messina (INAF – Osservatorio Astrofisico di Catania, Italien), M. R. Meyer (Abteilung für Astronomie, Universität Michigan, USA), C. Pinte (School of Physics and Astronomy, Monash University, Australien; Grenoble), S. Quanz (ETH Zürich, Department of Physics, Schweiz [Zürich]), E. Rigliaco (Osservatorio Astronomico di Padova, Italien [Padova]), V. Roccatagliata (INAF Arcetri), H. M. Schmid (Zürich), J. Szulágyi (Zürich), R. van Boekel (MPIA), Z. Wahhaj (ESO Chile), J. Antichi (INAF Arcetri), A. Baruffolo (Padova), und T. Moulin (Grenoble).

„Disk Evolution Study Through Imaging of Nearby Young Stars (DESTINYS): The SPHERE view of the Orion star-forming region“ (https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202347452)
Das Team besteht aus P.-G. Valegård (Anton Pannekoek Institute for Astronomy, Universität Amsterdam, Niederlande [API]), C. Ginski ( Universität Galway, Irland), A. Derkink (API), A. Garufi (INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italien), C. Dominik (API), Á. Ribas (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK), J. P. Williams (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, USA), M. Benisty (University of Grenoble Alps, CNRS, IPAG, Frankreich), T. Birnstiel (Universitätssternwarte, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Deutschland [LMU]; Exzellenzcluster ORIGINS, Deutschland), S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italien), G. Columba (Fachbereich Physik und Astronomie „Galileo Galilei“ – Universität Padua, Italien; INAF – Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), M. Hogerheijde (API; Observatorium Leiden, Universität Leiden, Niederlande [Leiden]), R. G. van Holstein (European Southern Observatory, Chile), J. Huang (Department of Astronomy, Columbia University, USA), M. Kenworthy (Leiden), C. F. Manara (European Southern Observatory, Deutschland), P. Pinilla (Mullard Space Science Laboratory, University College London, UK), Ch. Rab (LMU; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Deutschland), R. Sulaiman (Department of Physics, American University of Beirut, Libanon), A. Zurlo (Instituto de Estudios Astrofísicos, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile; Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile; Millennium Nucleus on Young Exoplanets and their Moons).

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie.

Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Über ALMA
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von der ESO, der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) der USA und den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Republik Chile betrieben wird. Getragen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mitgliedsländer, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC), dem National Science and Technology Council (NSTC) und NINS in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan sowie dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Über das ESON
Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planetenentstehung

Der Beitrag ESO: Geheimnisse der Planetenentstehung um Dutzende von Sternen gelüftet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESON 29. Februar 2024.

29. Februar 2024 – Bisher konnten wir jedoch die Verteilung von Wasser in einer stabilen, kühlen Scheibe nicht bestimmen – der Art von Scheibe, die die günstigsten Bedingungen für die Bildung von Planeten um Sterne bietet. Ermöglicht wurden die neuen Erkenntnisse durch das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist.

„Ich hätte nie gedacht, dass wir ein Bild von Ozeanen aus Wasserdampf in der gleichen Region aufnehmen können, in der sich wahrscheinlich ein Planet bildet“, sagt Stefano Facchini. Er ist Astronom an der Universität Mailand, Italien und leitete die heute in Nature Astronomy veröffentlichte Studie. Die Beobachtungen zeigen, dass in der inneren Scheibe des jungen sonnenähnlichen Sterns HL Tauri, der sich 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier befindet, mindestens dreimal so viel Wasser wie in allen Ozeanen der Erde vorhanden ist.

„Es ist wirklich bemerkenswert, dass wir Wasserdampf in einer Entfernung von 450 Lichtjahren nicht nur nachweisen, sondern auch detailliert abbilden und räumlich auflösen können“, fügt Mitautor Leonardo Testi, Astronom an der Universität von Bologna, Italien, hinzu. Die „räumlich aufgelösten“ Beobachtungen mit ALMA ermöglichen es den Astronominnen und Astronomen, die Verteilung von Wasser in verschiedenen Regionen der Scheibe zu bestimmen. „An einer so wichtigen Entdeckung in der beispielhaften HL-Tauri-Scheibe mitzuwirken, übertraf meine Erwartungen an meine erste Forschungserfahrung in der Astronomie“, fügt Mathieu Vander Donckt von der Universität Lüttich, Belgien, hinzu, der als Masterstudent an der Studie beteiligt war.

In der Gegend der bekannten Lücke in der HL-Tauri-Scheibe wurde eine beträchtliche Menge an Wasser gefunden. Ring-ähnliche Lücken werden in gas- und staubreichen Scheiben von jungen, planetenähnlichen Körpern geschaffen, die auf ihrer Umlaufbahn Material ansammeln und wachsen. „Unsere jüngsten Bilder zeigen eine beträchtliche Menge an Wasserdampf in einer Reihe von Entfernungen vom Stern, die eine Lücke einschließen, in der sich möglicherweise gerade ein Planet bildet“, sagt Facchini. Dies legt nahe, dass dieser Wasserdampf die chemische Zusammensetzung von Planeten beeinflussen könnte, die sich in diesen Regionen bilden.

Die Beobachtung von Wasser mit einem bodengebundenen Teleskop ist keine leichte Aufgabe, da der reichlich vorhandene Wasserdampf in der Erdatmosphäre die astronomischen Signale abschwächt. ALMA, das von der ESO zusammen mit ihren internationalen Partnern betrieben wird, ist eine Anordnung von Teleskopen in der chilenischen Atacama-Wüste auf etwa 5000 Metern Höhe. Sie wurde speziell in einer hohen und trockenen Umgebung gebaut, um diese Beeinträchtigung zu minimieren und außergewöhnliche Beobachtungsbedingungen zu schaffen. „Bislang ist ALMA die einzige Einrichtung, die Wasser in einer kühlen Planetenscheibe räumlich auflösen kann“, sagt Mitautor Wouter Vlemmings, Professor an der Chalmers University of Technology in Schweden [1].

„Es ist wirklich aufregend, in einem Bild direkt zu beobachten, wie Wassermoleküle aus eisigen Staubpartikeln freigesetzt werden“, sagt Elizabeth Humphreys, Astronomin bei der ESO, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. Diese Staubkörner, aus denen sich eine Scheibe zusammensetzt, sind die Keimzelle für die Entstehung von Planeten. Während sie den Stern umkreisen, kollidieren und verklumpen sie zu immer größeren Körpern. Astronomen und Astronominnen zufolge ist es dort kalt genug, damit Wasser auf den Staubpartikeln gefrieren kann, so dass die Partikel besser zusammenkleben – ein idealer Ort für die Planetenbildung. „Unsere Ergebnisse zeigen, wie die Anwesenheit von Wasser die Entwicklung eines Planetensystems beeinflussen kann, so wie es vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in unserem eigenen Sonnensystem der Fall war“, fügt Facchini hinzu.

Mit dem Ausbau von ALMA und dem Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, die in den nächsten zehn Jahren verfügbar sein werden, werden die Planetenentstehung und die Rolle, die Wasser dabei spielt, genauer denn je untersucht werden können. Insbesondere METIS, der Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, wird den Astronomen einen unvergleichlichen Blick auf die inneren Regionen der Planeten bildenden Scheiben ermöglichen, wo Planeten wie die Erde entstehen.

Endnoten
[1] Für die neuen Beobachtungen wurden ALMAs Band-5- und Band-7-Empfänger verwendet. Band 5 und 7 sind europäische Entwicklungen von Chalmers und NOVA (Niederländisches Forschungskolleg für Astronomie) einerseits, und von IRAM (Institut für Radioastronomie bei MIllimeterwellenlängen) andererseits, unter Beteiligung der ESO. Band 5 erweitert ALMA um einen neuen Frequenzbereich, der speziell für die Erkennung und Abbildung von Wasser im lokalen Universum geeignet ist. In dieser Studie beobachtete das Team drei Spektrallinien von Wasser über die beiden Frequenzbereiche des Empfängers, um Gas bei verschiedenen Temperaturen innerhalb der Scheibe abzubilden.

Weitere Informationen
Diese Forschungsarbeit wurde in einer Veröffentlichung mit dem Titel “Resolved ALMA observations of water in the inner astronomical units of the HL Tau disk” vorgestellt, die in Nature Astronomy (doi:10.1038/s41550-024-02207-w) erscheint.

Das Team besteht aus S. Facchini (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Milano, Italien), L. Testi (Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”, Università di Bologna, Italien), E. Humphreys (Europäische Südsternwarte, Deutschland, Joint ALMA Observatory, Chile; Europäische Südsternwarte Vitacura, Chile), M. Vander Donckt (Space sciences, Technologies & Astrophysics Research (STAR) Institute, Universität von Lüttich, Belgien), A. Isella ( Department of Physics and Astronomy, Rice University, USA [Rice]), R. Wrzosek (Rice), A. Baudry (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. de Bordeaux, CNRS, Frankreich), M. D. Gray (National Astronomical Research Institute of Thailand, Thailand), A. M. S. Richards (JBCA, University of Manchester, UK), W. Vlemmings (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Schweden).

Über ALMA
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von der ESO, der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) der USA und den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Republik Chile betrieben wird. Getragen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mitgliedsländer, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC), dem National Science and Technology Council (NSTC) und NINS in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan sowie dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie.

Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Forschungsartikel (Vorabversion mit vorläufigem Titel):
pdf: https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2404/eso2404a.pdf

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planetenentstehung

Der Beitrag ESO: Neuer Zusammenhang zwischen Wasser und Planetenbildung entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ETH Zürich 27. Februar 2024.

27. Februar 2024 – Auf der Erde ist Leben möglich. Das zeigt eine Untersuchung des Instituts für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Zürich. Dabei ging es den Forschenden natürlich nicht um die Beantwortung der Frage an sich. Vielmehr nahmen sie die Erde als Beispiel, um nachzuweisen, dass die geplante Weltraummission LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) ein Erfolg werden kann – und dass das vorgesehene Messverfahren funktioniert.

Auf der Suche nach Leben
Mit einem Verbund von fünf Satelliten soll die internationale Initiative LIFE unter der Führung der ETH Zürich dereinst Spuren von Leben auf Exoplaneten nachweisen. Dazu sollen erdähnliche Exoplaneten genauer untersucht werden – Gesteinsplaneten also, die eine ähnliche Grösse und Temperatur wie die Erde haben, aber andere Sterne umkreisen.

Der Plan ist, dort im Weltraum, wo das James-​Webb-Teleskop stationiert ist, fünf kleinere Satelliten zu positionieren. Diese bilden gemeinsam ein grosses Teleskop, das als Interferometer die Wärmestrahlung von Exoplaneten im Infrarotbereich auffangen wird. Aus dem Spektrum des Lichts lässt sich dann ableiten, wie die untersuchten Exoplaneten und ihre Atmosphäre zusammengesetzt sind. «Im Lichtspektrum sollen chemische Verbindungen nachgewiesen werden, die auf Leben auf den Exoplaneten hinweisen», erklärt Sascha Quanz, der die LIFE-​Initiative leitet.

Die Erde als unscheinbarer Fleck
In der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlichte wurde, untersuchten die Forschenden Jean-​Noël Mettler, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz und Ravit Helled nun, wie gut eine LIFE-​Mission einen Exoplaneten im Hinblick auf seine Bewohnbarkeit charakterisieren könnte. Dazu betrachteten sie die Erde als Exoplaneten und gaben Beobachtungen auf unseren Heimatplaneten vor.

Einzigartig an der Untersuchung ist, dass das Team die Fähigkeit der künftigen LIFE-​Mission an realen statt an simulierten Spektren getestet hat. Sie nutzten dazu Daten eines Erdatmosphärenmessgeräts des NASA-​Forschungssatelliten Aqua. Mit diesen Daten erzeugten sie Emissionsspektren der Erde im mittleren Infrarotbereich, wie sie bei künftigen Beobachtungen von Exoplaneten erfasst werden könnten.

Zwei Überlegungen standen dabei im Mittelpunkt. Erstens: Wenn ein grosses Weltraumteleskop aus dem All die Erde beobachten würde, welche Art von Infrarotspektrum würde es aufnehmen? Weil die Erde aus grosser Entfernung beobachtet würde, sähe sie aus wie ein unscheinbarer Fleck – ohne erkennbare Merkmale wie Meer oder Berge –, ein einzelner Pixel auf einem digitalen Bild. Das heisst, die Spektren wären dann räumliche und zeitliche Mittelwerte, die davon abhängen, welche Ansichten des Planeten das Teleskop einfangen würde und für wie lange.

Perspektive und Jahreszeiten berücksichtigen
Daraus leiteten die Physikerinnen und Physiker in ihrer Studie die zweite Überlegung ab: Wenn diese gemittelten Spektren analysiert würden, um Informationen über die Atmosphäre und die Oberflächenbedingungen der Erde zu erhalten, wie würden die Ergebnisse von Faktoren wie der Beobachtungsgeometrie und den jahreszeitlichen Schwankungen abhängen?

Die Forschenden berücksichtigten dazu drei Beobachtungsgeometrien – die beiden Ansichten von den Polen und zusätzlich eine äquatoriale Ansicht – und konzentrierten sich auf Daten, die in den Monaten Januar und Juli aufgenommen wurden, um die grössten saisonalen Veränderungen zu berücksichtigen.

Erfolgreich als bewohnbaren Planeten identifiziert
Das wichtigste Ergebnis der Studie ist ermutigend: Wenn ein Weltraumteleskop wie LIFE den Planeten Erde aus rund 30 Lichtjahren Entfernung beobachten würde, würde es Hinweise auf eine gemässigte, bewohnbare Welt finden. So konnte das Team in den Infrarotspektren der Erdatmosphäre Konzentrationen der atmosphärischen Gase CO₂, Wasser, Ozon und Methan nachweisen sowie Oberflächenbedingungen, die das Vorkommen von Wasser begünstigen. Der Nachweis von Ozon und Methan ist besonders wichtig, da diese Gase von der Biosphäre der Erde produziert werden.

Diese Ergebnisse sind unabhängig von der Beobachtungsgeometrie, wie die Forschenden zeigten. Das ist eine gute Nachricht, da die genaue Beobachtungsgeometrie bei zukünftigen Beobachtungen von erdähnlichen Exoplaneten wahrscheinlich unbekannt sein wird.

Beim Vergleich von saisonalen Schwankungen war das Ergebnis hingegen weniger aufschlussreich. «Auch wenn die atmosphärische Saisonalität nicht leicht zu beobachten ist, zeigt unsere Studie, dass Weltraummissionen der nächsten Generation beurteilen können, ob nahe gelegene gemässigte erdähnliche Exoplaneten bewohnbar oder sogar bewohnt sind», sagt Sascha Quanz.

Originalpublikation:
Mettler J-N, Konrad BS, Quanz SP, Helled R: Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-​Twin Exoplanet. The Astrophysical Journal, 26. Februar 2024. DOI: 10.3847/1538-​4357/ad198b
arXiv: https://arxiv.org/abs/2310.02634
pdf: https://arxiv.org/pdf/2310.02634

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Weltraumteleskop LIFE (Large Interferometer for Exoplanets)

Der Beitrag ETH Zürich: Die Erde als Versuchsobjekt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena 17. Januar 2024.

17. Januar 2024 – Die Menschen der Antike kannten fünf Planeten: Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn, die sie für „Wandelgestirne“ hielten. Erst mit der kopernikanischen Wende im 16. Jahrhundert wurde auch die Erde selbst zu einem Planeten, der ebenso wie die bis dahin bekannten und die später entdeckten Vertreter Uranus und Neptun um unseren Planeten-Mutterstern – die Sonne – kreisen. Bis vor rund drei Jahrzehnten waren diese acht die einzigen bekannten Planeten überhaupt.

Seither hat sich die bekannte Planetenfamilie im Universum jedoch enorm erweitert: Nach der Entdeckung der ersten Vertreter außerhalb unseres Sonnensystems, ist die Zahl sogenannter extrasolarer Planeten (oder kurz Exoplaneten) heute bis auf über 5.000 angewachsen. „Während die große Mehrheit von ihnen wie die Planeten in unserem Sonnensystem um Einzelsterne kreisen, sind manche Exoplaneten aber auch Teil eines Mehrfachsternsystems“, sagt Kai-Uwe Michel, Doktorand am Astrophysikalischen Institut der Universität Jena. Er hat gemeinsam mit seinem Kollegen Dr. Markus Mugrauer in einer aktuellen Studie untersucht, wie viele der inzwischen bekannten Planeten-Muttersterne einen oder sogar mehrere Begleitsterne besitzen und welchen Einfluss diese stellare Multiplizität auf die Eigenschaften der Planetensysteme hat. Ihre Ergebnisse stellen die beiden Astrophysiker im Fachmagazin Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vor.

Hunderte Begleitsterne von Planeten-Muttersternen neu entdeckt
Ihre Untersuchungen haben die beiden Forscher mithilfe von Beobachtungsdaten des Weltraumteleskops „Gaia“ der europäischen Weltraumagentur ESA durchgeführt und mehr als 2.200 Planeten-Muttersterne auf mögliche Begleitsterne untersucht. Bei etwa jedem fünften Planeten-Mutterstern wurden sie fündig. Insgesamt konnten sie mehrere Hundert neue Begleitsterne nachweisen. Damit steigt entsprechend auch die Zahl der bekannten Exoplaneten, die in Mehrfachsternsystemen zu finden sind. Dabei wurden Begleitsterne sowohl mit sehr geringen Abständen zu den Planeten-Muttersternen von nur wenigen astronomischen Einheiten (AE) gefunden, als auch weit entfernte Begleiter mit Abständen von bis zu 10.000 AE. Eine AE entspricht einer Strecke von ca. 150 Millionen Kilometer, was in etwa dem mittleren Abstand der Erde zur Sonne entspricht. Auch die Massen der detektierten Begleitsterne sind sehr unterschiedlich und reichen von ca. acht Prozent der Sonnenmasse für die masseärmsten bis zu 2,4 Sonnenmassen für die massereichsten Begleiter.

Neben Sternen wurden zudem auch eine Reihe von sub-stellaren Objekten, sogenannte Braune Zwerge, als Begleiter von Planeten-Muttersternen entdeckt. Die Mehrheit der detektierten Mehrfachsternsysteme mit Exoplaneten sind Doppelsterne. In vier dieser Systeme wurden Exoplaneten sogar um jeden der beiden Sterne dieser Systeme gefunden. Des Weiteren konnten bei einigen Planeten-Muttersternen gleich zwei Begleitsterne detektiert werden, die zusammen mit den Muttersternen hierarchische Dreifachsternsysteme bilden.

Schwergewichte unter den Exoplaneten häufiger in Mehrfachsternsystemen
So verschieden die Eigenschaften der entdeckten Sternsysteme mit Exoplaneten sind, so vielfältig erweisen sich auch die physikalischen und dynamischen Eigenschaften der Planeten in diesen Systemen. So unterscheiden sich etwa die Massen von Einzelstern- und Mehrfachsternplaneten deutlich voneinander. Im Mittel weisen Planeten in Mehrfachsternsystemen eine neun Mal höhere Masse auf als Einzelsternplaneten. Auch die Masse der Muttersterne selbst ist im Mittel höher, wenn diese Mitglieder von Sternsystemen sind. In Mehrfachsternsystemen ist zudem die Masse der Planeten vom gravitativen Störeinfluss des Begleitsterns abhängig. Je stärker dieser ist, desto höher ist im Mittel auch die Planetenmasse. Auch die Häufigkeit der massereicheren Braunen Zwerge in diesen Systemen wächst mit dem gravitativen Störeinfluss des Begleitsterns.

„Eine weitere wichtige Eigenschaft von Planeten ist die Exzentrizität ihrer Umlaufbahn“, erläutert Dr. Mugrauer. Diese wirke sich beispielsweise auf den mittleren Strahlungsfluss aus, den ein Planet von seinem Mutterstern empfängt, was unter anderem seine Oberflächentemperatur stark beeinflusst. „Es zeigte sich nun, dass diejenigen Exoplaneten mit den größten Bahn-Exzentrizitäten alle in Mehrfachsternsystemen zu finden sind.“ Zudem erhöht sich die Bahn-Exzentrizität von Planeten in diesen Sternsystemen mit dem gravitativen Störeinfluss des Begleitsterns.

Originalpublikation:
Kai-Uwe Michel, Markus Mugrauer, Gaia search for (sub)stellar companions of exoplanet hosts, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 527, Issue 2, January 2024, Pages 3183–3195,
doi.org/10.1093/mnras/stad3196
https://academic.oup.com/mnras/article/527/2/3183/7379625
pdf: https://academic.oup.com/mnras/article/527/2/3183/7379625

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Extrasolare Welten zwischen mehreren Sonnen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DESY 8. Januar 2024.

8. Januar 2024 – Ein internationales Team von Forschenden unter Leitung von Mungo Frost vom Forschungszentrum SLAC in Kalifornien und unter Beteiligung von DESY-Forschenden hat am Röntgenlaser European XFEL in Schenefeld neue Erkenntnisse zur Entstehung und Häufigkeit von Diamantregen auf Eisriesen wie Neptun, Uranus oder Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems gewonnen. Die jetzt im Fachjournal „Nature Astronomy“ veröffentlichen Ergebnisse geben auch Hinweise auf die Entstehung der komplexen Magnetfelder dieser Planeten.

Schon bei früheren Arbeiten an Röntgenlasern hatten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausgefunden, dass sich bei Drücken und Temperaturen, die im Inneren der großen Gasplaneten herrschen, aus Kohlenstoffverbindungen Diamanten bilden können. Diese würden dann als Edelstein-Regen aus den höheren Schichten weiter ins Innere der Planeten sinken.

Ein neues Experiment am European XFEL hat nun gezeigt, dass sich aus Kohlenstoffverbindungen schon bei geringerem Druck und niedrigeren Temperaturen als bislang vermutet Diamanten bilden. Für die eisigen Gasplaneten in unserem Sonnensystem bedeutet das: Der Diamantregen bildet sich schon in geringerer Tiefe als gedacht, und könnte so deren Magnetfeld stärker beeinflussen. Zudem sollte Diamantregen auch auf Gasplaneten möglich sein, die kleiner sind als Neptun und Uranus und als „Mini-Neptune“ bezeichnet werden. Mini-Neptune sind die häufigsten Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems.

Nachdem sich die Diamanten gebildet haben, können diese bei ihrem Weg nach unten in die tieferen Schichten Gas und Eis mitreißen und so Ströme von leitendem Eis verursachen. Ströme leitender Flüssigkeiten wirken wie eine Art Dynamo, durch den sich die Magnetfelder von Planeten bilden. „Diamantregen hat also wahrscheinlich Einfluss auf die Entstehung der komplexen Magnetfelder von Uranus und Neptun“, so Frost.

Als Kohlenstoffquelle nutzte die Gruppe eine Kunststofffolie aus der Kohlenwasserstoffverbindung Polystyren. Diese setzten sie sehr hohem Druck und Temperaturbedingungen aus, so wie sie im Inneren der Planeten herrschen. Zunächst steigerten sie den Druck, indem sie die Folie zwischen die Spitzen von zwei Diamanten klemmten. Diese sogenannten Diamantstempelzellen funktionieren wie ein Mini-Schraubstock. Anschließend setzten sie die Folie den Röntgenblitzen des European XFEL aus, um sie auf mehr als 2200 Grad Celsius zu erwärmen. Diese Temperaturen herrschen tief im Inneren der Eisplaneten. Anschließend nutzten die Forscher die Röntgenpulse um zu beobachten, wann und wie sich die Diamanten bilden. Druck und Temperatur geben dabei Aufschluss darüber in welcher Tiefe der Planeten die Edelsteine entstehen.

Dem internationalen Forscherteam gehören Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von European XFEL, den deutschen Forschungszentren DESY in Hamburg und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR sowie weiteren Forschungseinrichtungen und Universitäten aus verschiedenen Ländern an. DESY und HZDR sind Mitgliedsinstitute des European XFEL-Nutzerkonsortiums HIBEF, das maßgeblich zu dieser Forschung beigetragen hat. „Durch diese internationale Zusammenarbeit haben wir am European XFEL große Fortschritte erzielt und bemerkenswerte neue Erkenntnisse über Eisplaneten gewonnen“, so Frost.

„Wir freuen uns, dass dieses für die Planetenforschung wichtige Ergebnis mit der von DESY für HIBEF konzipierten Diffraktionsplatform für Hochdruckexperimente und dem AGIPD Detektor ermöglicht wurde“, sagt DESY-Wissenschaftler Cornelius Strohm, einer der Autoren der Veröffentlichung.

Originalveröffentlichung
M. Frost et al., Diamond Precipitation Dynamics from Hydrocarbons at Icy Planet Interior Conditions, “Nature Astronomy”, 2024, DOI:10.1038/s41550-023-02147-x
https://www.nature.com/articles/s41550-023-02147-x

Der Beitrag DESY: Neue Erkenntnisse zu Diamantregen auf Eisplaneten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 8. Januar 2024.

8. Januar 2024 – Ein Forscherteam, dem auch Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) angehören, hat im Zentralbereich einer planetenbildenden Scheibe eines jungen Sterns eine Struktur mit drei Ringen entdeckt. Sie deutet an, dass sich zwischen den Ringen zwei Planeten mit Jupitermasse bilden. Weiterhin wird die Staubzusammensetzung offenbar durch reichlich feste Eisenkörner ergänzt. Folglich enthält die Scheibe Metalle und Mineralien, die denen der terrestrischen Planeten des Sonnensystems ähneln. Sie bietet somit einen Einblick in Bedingungen vergleichbar derer des frühen Sonnensystems vor mehr als vier Milliarden Jahren, als Gesteinsplaneten wie Merkur, Venus und die Erde entstanden.

Die Entstehungsgeschichte der Erde und des Sonnensystems fasziniert die Wissenschaft und die Öffentlichkeit gleichermaßen. Durch die Erforschung der heutigen Eigenschaften unseres Heimatplaneten und anderer Objekte im Sonnensystem haben Forscherinnen und Forscher eine umfassende Vorstellung von den Bedingungen entwickelt, unter denen sie sich aus einer Scheibe aus Staub und Gas entwickelt haben, die die junge Sonne vor etwa 4,5 Milliarden Jahren umgab.

Drei Ringe, die auf zwei Planeten hindeuten
Mit den atemberaubenden Fortschritten in der Erforschung der Stern- und Planetenentstehung, die sich mit weit entfernten Himmelsobjekten befasst, können wir nun die Bedingungen in der Umgebung junger Sterne untersuchen und sie mit denen vergleichen, die für das frühe Sonnensystem ermittelt wurden. Mit Hilfe des Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte (ESO) hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung von József Varga vom Konkoly-Observatorium in Budapest, Ungarn, genau das getan. Sie beobachteten die planetenbildende Scheibe des jungen Sterns HD 144432 in etwa 500 Lichtjahren Entfernung.

Bei der Untersuchung der Staubverteilung in der innersten Region der Scheibe entdeckten wir zum ersten Mal eine komplexe Struktur, bei der sich der Staub in einer solchen Umgebung in drei konzentrischen Ringen anhäuft“, sagt Roy van Boekel. Er ist Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und Mitautor des zugrunde liegenden Forschungsartikels, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint. „Diese Region entspricht der Zone, in der sich die Gesteinsplaneten im Sonnensystem gebildet haben“, fügt van Boekel hinzu. Im Vergleich zum Sonnensystem liegt der erste Ring um HD 144432 innerhalb der Umlaufbahn des Merkurs und der zweite in der Nähe der Marsbahn. Weiterhin befindet sich der dritte Ring ungefähr auf der Umlaufbahn des Jupiters.

Bisher haben Astronominnen und Astronomen solche Anordnungen vorrangig über größere Bereiche hinweg gefunden, die der Zone jenseits der Umlaufbahn des Saturn um die Sonne entsprechen. Ringsysteme in den Scheiben um junge Sterne deuten im Allgemeinen darauf hin, dass sich in den Lücken Planeten bilden, die auf ihrem Weg Staub und Gas aufnehmen. HD 144432 ist jedoch das erste Beispiel für ein solch komplexes Ringsystem nahe an seinem Wirtsstern. Es kommt in einer Zone mit einem hohen Staubanteil vor, dem Baustein von Gesteinsplaneten wie der Erde. Die Forschenden gehen davon aus, dass die Ringe auf das Vorhandensein von zwei Planeten hindeuten, die sich in den Lücken gebildet haben, und schätzen, dass ihre Masse in etwa der des Jupiters entspricht.

Die Bedingungen könnten dem frühen Sonnensystem ähnlich sein
Das Forschungsteam bestimmte die Staubzusammensetzung in der Scheibe bis zu einer Entfernung vom Zentralstern, die dem Abstand des Jupiters von der Sonne entspricht. Was sie dabei gefunden haben, ist den Wissenschaftlern, die die Erde und die Gesteinsplaneten im Sonnensystem untersuchen, sehr vertraut: verschiedene Silikate (Metall-Silizium-Sauerstoff-Verbindungen) und andere Mineralien, die in der Erdkruste und im Erdmantel vorkommen, sowie möglicherweise metallisches Eisen, wie es im Kern des Merkurs und der Erde vorhanden ist. Sollte sich dies bestätigen, wäre diese Studie die erste, die Eisen in einer planetenbildenden Scheibe entdeckt hat.

„Astronomen haben die Beobachtungen von staubigen Scheiben bisher mit einer Mischung aus Kohlenstoff- und Silikatstaub erklärt, Materialien, die wir fast überall im Universum sehen“, erläutert van Boekel. Aus chemischer Sicht ist jedoch eine Mischung aus Eisen und Silikat für die heißen, inneren Scheibenregionen plausibler. Und in der Tat liefert das chemische Modell, das Varga, der Hauptautor des zugrunde liegenden Forschungsartikels, auf die Daten angewandt hat, in diesem Fall bessere Ergebnisse, wenn Eisen anstelle von Kohlenstoff berücksichtigt wird.

Außerdem kann der in der Scheibe von HD 144432 beobachtete Staub am inneren Rand bis zu 1800 Kelvin (ca. 1500 Grad Celsius) heiß sein und weiter draußen bis zu moderaten 300 Kelvin (ca. 25 Grad Celsius). In den heißen Regionen in der Nähe des Sterns schmelzen Mineralien und Eisen und kondensieren erneut zu festen Verbindungen, oft als Kristalle. Die Kohlenstoffkörner wiederum würden die Hitze nicht überleben und stattdessen als Kohlenmonoxid- oder Kohlendioxidgas vorliegen. Dennoch könnte Kohlenstoff ein bedeutender Bestandteil der festen Partikel in der kalten äußeren Scheibe sein, die mit den Beobachtungen im Rahmen dieser Studie nicht aufgespürt werden können.

Eisenreicher und kohlenstoffarmer Staub würde auch gut zu den Bedingungen im Sonnensystem passen. Merkur und die Erde sind eisenreiche Planeten, während die Erde relativ wenig Kohlenstoff enthält. „Wir denken, dass die Scheibe von HD 144432 dem frühen Sonnensystem sehr ähnlich sein könnte, das die heutigen Gesteinsplaneten mit viel Eisen versorgt hat“, sagt van Boekel. „Wir vermuten, dass unsere Studie ein weiteres Beispiel dafür ist, dass die Zusammensetzung unseres Sonnensystems recht typisch zu sein scheint.“

Interferometrie löst winzige Details auf
Diese Ergebnisse waren nur mit außergewöhnlich hochauflösenden Beobachtungen möglich, wie sie das VLTI liefert. Durch die Kombination der vier 8,2-Meter-Teleskope des VLT am Paranal-Observatorium der ESO können sie Details so auflösen, als ob die Astronominnen und Astronomen ein Teleskop mit einem Hauptspiegel von 200 Metern Durchmesser einsetzen würden. Varga, van Boekel und ihre Mitarbeiter sammelten Daten mit drei Instrumenten, um eine breite Wellenlängenabdeckung von 1,6 bis 13 Mikrometern zu erreichen, was infrarotes Licht darstellt.

Das MPIA lieferte wichtige technische Komponenten für zwei Geräte, GRAVITY und das Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE). Eines der Hauptziele von MATISSE ist die Erforschung der Zonen von Scheiben um junge Sterne, in denen sich Gesteinsplaneten entwickeln können. „Indem wir die inneren Regionen protoplanetarer Scheiben um Sterne untersuchen, wollen wir den Ursprung der verschiedenen in der Scheibe enthaltenen Mineralien erforschen – Mineralien, die später die festen Bestandteile von Planeten wie der Erde bilden werden“, sagt Thomas Henning, Direktor des MPIA und einer der Projektleiter des MATISSE-Instruments.

Die Erstellung von Bildern mit einem Interferometer, wie wir sie von Einzelteleskopen gewohnt sind, ist jedoch nicht gerade einfach und sehr zeitaufwendig. Eine effizientere Nutzung der kostbaren Beobachtungszeit zur Entschlüsselung der Objektstruktur besteht darin, die kargen Daten mit Modellen von möglichen Konfigurationen zu vergleichen. Im Fall der Scheibe von HD 144432 gibt eine Form aus drei Ringen die Daten am besten wieder.

Wie häufig sind strukturreiche, eisenhaltige, planetenbildende Scheiben?
Neben dem Sonnensystem scheint HD 144432 ein weiteres Beispiel für die Entstehung von Planeten in einer eisenreichen Umgebung zu sein. Die Astronominnen und Astronomen werden sich jedoch nicht darauf beschränken. „Wir haben noch ein paar vielversprechende Kandidaten, die darauf warten, dass das VLTI sie genauer unter die Lupe nimmt“, erklärt van Boekel. Bei früheren Beobachtungen entdeckte das Team eine Reihe von Scheiben um junge Sterne, die auf Konfigurationen hindeuten, die es wert sind, genauer betrachtet zu werden. Mit den neuesten VLTI-Instrumenten werden sie schließlich deren detaillierte Struktur und chemische Zusammensetzung präzise ergründen. Letztendlich können die Forschenden vielleicht sogar klären, ob sich Planeten regelmäßig in eisenreichen Staubscheiben in der Nähe ihrer Muttersterne bilden.

Hintergrundinformationen
Die an dieser Studie beteiligten MPIA-Forscher sind Roy van Boekel, Marten Scheuck, Thomas Henning, Jacob W. Isbell, Ágnes Kóspál (auch HUN-REN Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Konkoly-Observatorium, Budapest, Ungarn [Konkoly]; CSFK, MTA Centre of Excellence, Budapest, Ungarn [CSFK]; ELTE Eötvös Loránd Universität, Budapest, Ungarn [ELTE]), Alessio Caratti o Garatti (auch Astronomisches Observatorium der INAF von Capodimonte, Neapel, Italien).

Weitere Autoren sind: J. Varga (Konkoly; CSFK; Sternwarte Leiden, Niederlande [Leiden]), L. B. F. M. Waters (Universität Radboud, Nijmegen, Niederlande; SRON, Leiden, Niederlande), M. Hogerheijde (Leiden; Universität Amsterdam, Niederlande [UVA]), A. Matter (Observatorium Côte d’Azur/CNRS, Nizza, Frankreich [OCA]), B. Lopez (OCA), K. Perraut (Univ. Grenoble Alpes/CNRS/IPAG, Frankreich [IPAG]), L. Chen (Konkoly; CSFK), D. Nadella (Leiden), S. Wolf (Universität Kiel, Deutschland [UK]), C. Dominik (UVA), P. Abraham (Konkoly; CSFK; ELTE), J.- C. Augereau (IPAG), P. Boley (OCA), G. Bourdarot (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Deutschland), F. Cruz-Saénz de Miera (Konkoly; CSFK; Universität Toulouse, Frankreich), W. C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA), V. Gámez Rosas (Leiden), K.-H. Hofmann (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Deutschland [MPIfR]), M. Houllé (OCA), W. Jaffe (Leiden), T. Juhász (Konkoly; CSFK; ELTE), V. Kecskeméthy (ELTE), J. Kobus (UK), E. Kokoulina (Universität Lüttich, Belgien; OCA), L. Labadie (Universität zu Köln, Deutschland), F. Lykou (Konkoly; CSFK), F. Millour (OCA), A. Moór (Konkoly; CSFK), N. Morujão (Universität Lissabon und Universität Porto, Portugal), E. Pantin (AIM, CEA/CNRS, Gif-sur-Yvette, Frankreich), D. Schertl (MPIfR), L. van Haastere (Leiden), G. Weigelt (MPIfR), J. Woillez (Europäische Südsternwarte, Garching, Deutschland), P. Woitke (Institut für Weltraumforschung, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Graz, Österreich), MATISSE und GRAVITY Collaborations

Originalveröffentlichung
J. Varga, L. B. F. M. Waters, M. Hogerheijde, R. van Boekel et al.
Mid-infrared evidence for iron-rich dust in the multi-ringed inner disk of HD 144432
Astronomy & Astrophysics, 681, A47 (2024)
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202347535
https://arxiv.org/abs/2401.03437
pdf: https://arxiv.org/pdf/2401.03437

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planetenentstehung

Der Beitrag MPIA: Drei eherne Ringe in einer planetenbildenden Scheibe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 7. Dezember 2023.

7. Dezember 2023 – Bei nur zweien der mehr als 5300 bekannten Exoplaneten wurden bisher Hinweise auf Monde gefunden. In Messdaten der Planeten Kepler-1625b und Kepler-1708b, die mit Hilfe der Weltraumteleskope Kepler und Hubble aufgenommen wurden, hatten Forschende erstmals entsprechende Spuren entdeckt. Neue Auswertungen wecken nun Zweifel. Wie Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und des Sonnenberg Observatoriums heute in der Fachzeitschrift Nature Astronomy berichten, sind „mondfreie“ Interpretationen der Daten naheliegender. Die Forscher nutzten für die Analyse ihren neu entwickelten Computer-Algorithmus Pandora, der die Suche nach Exomonden vereinfacht und beschleunigt. Zudem untersuchen sie, welche Art von Exomonden in typischen Messdaten überhaupt auffindbar ist. Die Antwort ist ernüchternd.

Dass ein Planet von einem oder mehreren Monden umrundet wird, ist in unserem Sonnensystem eher die Regel denn die Ausnahme: Abgesehen von Merkur und Venus schmücken sich alle anderen Planeten mit solchen Begleitern; im Fall des Gasriesen Saturn sind es sogar mehr als 140. Wissenschaftler*innen halten es deshalb für wahrscheinlich, dass auch ferne Sternsysteme Monde beherbergen. Hinweise auf solche Exomonde gab es bisher jedoch nur in zwei Fällen: bei den Exoplaneten Kepler-1625b und Kepler-1708b. Diese geringe Ausbeute verwundert nicht. Schließlich dürften ferne Trabanten naturgemäß deutlich kleiner sein als ihre Heimatwelten – und somit deutlich schwerer zu finden. Zudem ist es ausgesprochen aufwändig, die Messdaten tausender Exoplaneten auf Hinweise von Monden zu durchkämmen.

Um die Suche zu erleichtern und zu beschleunigen, setzen die beiden Autoren der aktuellen Studie auf einen selbst entwickelten, für die Suche nach Exomonden optimierten Such-Algorithmus. Im vergangenen Jahr hatten sie ihre Methode veröffentlicht; der Algorithmus steht als Open Source Code allen Forschenden zur Verfügung. Angewandt auf die Messdaten von Kepler-1625b und Kepler-1708b ergab sich nun Erstaunliches. „Gerne hätten wir die Entdeckung von Exomonden um Kepler-1625b und Kepler-1708b bestätigt“, so der Erstautor der neuen Studie, MPS-Wissenschaftler Dr. René Heller. „Doch leider zeigen unsere Auswertungen etwas anderes“, fügt er hinzu.

Kosmisches Versteckspiel
Der Jupiter-ähnliche Planet Kepler-1625b hatte vor fünf Jahren zum ersten Mal Schlagzeilen gemacht. Forscher der Columbia University in New York berichteten von statistisch deutlichen Hinweisen auf einen Riesenmond in seiner Umlaufbahn, der alle Monde des Sonnensystems in den Schatten stellen würde. Ausgewertet hatten die Wissenschaftler Messdaten des NASA-Weltraumteleskops Kepler, das in seinem ersten Missionsabschnitt von 2009 bis 2013 mehr als 100.000 Sterne beobachtete und auf diese Weise mehr als 2000 Exoplaneten entdeckte. Doch in den folgenden Jahren lieferte der Exomond seinen Entdeckern eine Art kosmisches Versteckspiel: In erneuten Auswertungen derselben Daten zeigte er sich nicht mehr; doch in weiteren Messungen des Weltraumteleskops Hubble fanden sich wieder Hinweise. Im vergangenen Jahr dann bekam der launisch anmutende Exomond Verstärkung: Auch um den Jupiter-großen Planeten Kepler-1708b kreise ein kleinerer Körper, so die New Yorker Forscher.

Der passende Match
„Exomonde sind so weit entfernt, dass man sie auch mit leistungsstarken Teleskopen leider nicht direkt sehen und nachweisen kann“, erklärt Dr. René Heller. Stattdessen zeichnen Teleskope die Helligkeitsschwankungen ferner Sterne auf. Diese Daten werden als Lichtkurve bezeichnet. Darin suchen die Forschenden dann nach Anzeichen von Monden. Zieht ein Exoplanet von der Erde aus betrachtet vor seinem Stern entlang, verdunkelt er während dieses sogenannten Transits den Stern in regelmäßigen Abständen um einen winzigen Bruchteil. Ein Exomond, der den Planeten begleitet, würde sich ähnlich auswirken. Allerdings wäre dessen Spur in der Lichtkurve nicht nur deutlich schwächer. Wegen der Bewegung, die Mond und Planet um ihren gemeinsamen Schwerpunkt vollziehen, würde diese zusätzliche Verdunklung in der Lichtkurve auch einem recht komplizierten Muster folgen. Zudem variiert die Helligkeit eines Sterns ganz ohne Planeten und Monde ständig. Und schließlich erzeugt auch das Teleskop, das die Helligkeitsschwankungen beobachtet, eine Art Rauschen in den Messdaten.

Um die Monde dennoch aufzuspüren, berechnen sowohl die New Yorker Forscher als auch ihre deutschen Kollegen zunächst abermillionen „künstliche“ Lichtkurven für alle denkbaren Größen, Abstände und Ausrichtungen möglicher Planeten und Monde. Ein Algorithmus vergleicht diese simulierten Lichtkurven dann mit der gemessenen Kurve und sucht die beste Übereinstimmung. Die Forscher aus Göttingen und Sonneberg nutzten nun dafür ihren Open-Source-Algorithmus Pandora, der auf die Suche nach Exomonden optimiert ist und diese Aufgabe um mehrere Größenordnungen schneller lösen kann als früher verwendete Algorithmen.

Keine Spur von Monden
Im Fall des Planeten Kepler-1708b können Szenarien ganz ohne Mond die Messdaten genau so treffend erklären wie solche mit Mond, so die Forscher in der aktuellen Studie. „Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mond um Kepler-1708b kreist, ist eindeutig geringer als bisher berichtet“, so Michael Hippke vom Sonneberg Observatorium und Coautor der neuen Studie. „Die Daten legen die Existenz eines Exomonds um Kepler-1708b nicht nahe“, so Hippke weiter.

Vieles spricht dafür, dass auch Kepler-1625b ohne kleineren Begleiter seine Runden zieht. Transits dieses Planeten vor seinem Stern wurden zuvor schon mit dem Kepler-Teleskop und dem Hubble-Teleskop beobachtet. Die Forscher argumentieren, dass in der ursprünglichen Auswertung der kombinierten Daten unter anderem die Mitte-Rand-Verdunklung des Sterns nicht ausreichend berücksichtigt wurde. Als Mitte-Rand-Verdunklung bezeichnen Astronom*innen das Phänomen, dass uns vom Rand eines Sterns weniger Strahlung erreicht als von seiner Mitte. Der Rand der Sonne etwa, erscheint auf Aufnahmen deshalb dunkler. Je nachdem, ob man den Heimatstern von Kepler-1625b durch das Kepler- oder das Hubble-Teleskop betrachtet, sieht die Mitte-Rand-Verdunklung allerdings verschieden aus. Das hängt mit dem Wellenlängenbereich des Lichtes zusammen, das die Teleskope verarbeiten. Die Forscher aus Göttingen und Sonneberg argumentieren nun, dass ihre Modellierung dieses Effekts die Daten schlüssiger erklärt als ein riesiger Exomond.

Ihre neuen, umfangreichen Analysen zeigen zudem, dass Exomond-Suchalgorithmen nicht selten zu falschpositiven Ergebnissen kommen: Immer wieder „entdecken“ sie einen Mond, wo gar keiner ist. Im Fall einer Lichtkurve wie der von Kepler-1625b dürfte die Quote der „falschen Treffer“ bei etwa 11 Prozent liegen. „Die frühere Exomond-Behauptung der Kollegen aus New York war das Ergebnis einer Suche nach Monden um dutzende Exoplaneten“, so Heller. „Nach unseren Abschätzungen ist ein falschpositiver Fund gar nicht verwunderlich, sondern geradezu zu erwarten“, fügt er hinzu.

Sonderbare Satelliten
Die Forscher nutzten zudem ihren Algorithmus um zu prüfen, welche Art von Exomonden sich überhaupt durch deutlich auffindbare Spuren in Lichtkurven verraten würden. Demnach sind nur besonders große Monde, die in großem Abstand um ihren Planeten kreisen, nach heutigem Stand der Technik auffindbar. Im Vergleich zu den vertrauten Monden unseres Sonnensystems wären es allesamt Sonderlinge: mindestens doppelt so groß wie Ganymed, der größte Mond des Sonnensystems und damit fast so groß wie die Erde. „Die ersten Exomonde, die wir in zukünftigen Beobachtungen wie etwa von der PLATO-Mission entdecken werden, werden sicher sehr ungewöhnlich und somit aufregend zu erforschen sein“, so Heller.

Originalveröffentlichung
1. R. Heller, M. Hippke:
Large exomoons unlikely around Kepler-1625 b and Kepler-1708 b,
Nature Astronomy, 7. Dezember 2023
https://www.nature.com/articles/s41550-023-02148-w
pdf: https://www.nature.com/articles/s41550-023-02148-w.pdf
2. M. Hippke, R. Heller:
Pandora: A fast open-source exomoon transit detection algorithm,
Astronomy & Astrophysics 662, 37 (2022)
doi.org/10.1051/0004-6361/202243129
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/06/aa43129-22/aa43129-22.html

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Die Suche nach Exomonden

Der Beitrag MPS: Entdeckung riesiger Exomonde in Frage gestellt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Bern 29. November 2023.

29. November 2023 – CHEOPS ist eine gemeinsame Mission der ESA und der Schweiz, unter der Leitung der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der Universität Genf. Dank der Zusammenarbeit mit Forschenden, die mit Daten des NASA-Satelliten TESS arbeiten, konnte das internationale Team das Planetensystem aufdecken, welches den nahen Stern HD110067 umkreist. Eine Besonderheit dieses Systems ist seine Resonanzkette: Die Planeten umkreisen ihren Stern in perfekter Harmonie. Zum Forschungsteam gehören Forschende der Universität Bern und der Universität Genf, die auch Mitglieder des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NCCR) PlanetS sind. Die Ergebnisse wurden soeben in Nature veröffentlicht.

Die Planeten im System HD110067 umkreisen den Stern wie in einem sehr präzisen Walzer. Wenn der Planet, der dem Stern am nächsten ist, drei volle Umkreisungen um ihn macht, macht der zweite Planet genau zwei in der gleichen Zeit. Dies nennt man eine 3:2-Resonanz. «Unter den über 5’000 entdeckten Exoplaneten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen, sind Resonanzen nicht selten, ebenso wenig wie Systeme mit mehreren Planeten. Äusserst selten sind jedoch Systeme, bei denen sich die Resonanzen über eine so lange Kette von sechs Planeten erstrecken», betont Dr. Hugh Osborn, CHEOPS-Fellow an der Universität Bern, Leiter des an der Studie beteiligten CHEOPS-Beobachtungsprogramms und Mitautor der Studie. Genau dies ist der Fall bei HD110067, dessen Planeten eine so genannte «Resonanzkette» in aufeinanderfolgenden Paaren von 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 und 4:3 Resonanzen bilden, was dazu führt, dass der nächstgelegene Planet sechs Umläufe um den Stern absolviert, während der äusserste Planet einen macht.

Ein scheinbar unlösbares Rätsel
Obwohl mehrere Planeten wegen ihren Transiten vor dem Stern bereits entdeckt worden waren, war die genaue Anordnung der Planeten zunächst unklar. Dank des präzisen Gravitationstanzes konnte das Forschungsteam jedoch das Rätsel von HD110067 lösen. Prof. Adrien Leleu von der Universität Genf, verantwortlich für die Analyse der Bahnresonanzen und Mitautor der Studie, erklärt: «Ein Transit findet statt, wenn ein Planet aus unserer Sicht vor seinem Stern vorbeizieht und dabei einen winzigen Teil des Sternenlichts blockiert, was zu einem scheinbaren Abfall seiner Helligkeit führt.»

Aus den ersten Beobachtungen des NASA-Satelliten TESS ging hervor, dass die beiden inneren Planeten ‘b’ und ‘c’ eine Umlaufzeit von 9 beziehungsweise 14 Tagen haben. Für die anderen vier entdeckten Planeten konnten jedoch keine Schlussfolgerungen gezogen werden. Zwei von ihnen wurden einmal im Jahr 2020 und einmal im Jahr 2022 beobachtet, also gab es eine grosse Lücke in den Daten von zwei Jahren. Die beiden anderen Planeten passierten den Stern nur einmal im Jahr 2022.

Die Lösung des Rätsels um diese vier zusätzlichen Planeten zeichnete sich schliesslich dank Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop CHEOPS ab. Während TESS darauf abzielt, den gesamten Himmel nach und nach abzusuchen, um kurzperiodische Exoplaneten zu finden, solche also, die nahe um ihren Stern kreisen und kurze Umlaufzeiten haben, ist CHEOPS eine zielgerichtete Mission, die sich mit äusserster Präzision auf jeweils einen einzelnen Stern konzentriert. «Mit unseren CHEOPS-Beobachtungen konnten wir feststellen, dass die Periode des Planeten ‘d’ 20,5 Tage beträgt. Ausserdem konnten wir mehrere Möglichkeiten für die verbleibenden drei äusseren Planeten ‚e‘, ‚f‘ und ‚g‘ ausschliessen“, erklärt Osborn.

Vorhersage des präzisen Walzers der Planeten
In diesem Moment erkannte das Team, dass die drei inneren Planeten von HD110067 in einer präzisen 3:2, 3:2-Resonanzkette tanzen: Der innerste Planet umkreist den Stern neunmal, der zweite sechsmal und der dritte viermal.

Das Team zog dann die Möglichkeit in Betracht, dass die drei anderen Planeten ebenfalls Teil der Resonanzkette sein könnten. «Dies führte zu Dutzenden von Möglichkeiten für ihre Umlaufzeit», erklärt Leleu, «aber durch die Kombination der vorhandenen Beobachtungsdaten von TESS und CHEOPS mit unserem Modell der Gravitationswechselwirkungen zwischen den Planeten konnten wir alle Lösungen bis auf eine ausschliessen: die 3:2, 3:2, 3:2, 4:3, 4:3-Kette.» Die Forschenden konnten daher vorhersagen, dass die drei äusseren Planeten (‚e‘, ‚f‘ und ‚g‘) Umlaufzeiten von 31, 41 und 55 Tagen haben.

Diese Vorhersage ermöglichte die Planung von Beobachtungen mit einer Reihe von bodengestützten Teleskopen. Weitere Transits des Planeten ‚f‘ wurden beobachtet, wobei sich herausstellte, dass er sich genau dort befand, wo die Theorie ihn aufgrund der Resonanzkette vorausgesagt hatte. Eine erneute Analyse der TESS-Daten ergab schließlich zwei versteckte Transits, jeweils einen der Planeten ‘f’ und ‘g’ genau zu den Zeiten, die von den Vorhersagen erwartet wurden, was die Perioden der sechs Planeten bestätigte. Weitere CHEOPS-Beobachtungen der einzelnen Planeten, insbesondere des Planeten ‘e’, sind für die nahe Zukunft geplant.

Ein Schlüsselsystem für die Zukunft
Von den wenigen bisher gefundenen Resonanzkettensystemen hat CHEOPS nicht nur zum Verständnis von HD110067, sondern auch von TOI-178 beigetragen. Ein weiteres bekanntes Beispiel für ein System mit Resonanzketten ist das System TRAPPIST-1, welches sieben Gesteinsplaneten beherbergt. Allerdings ist TRAPPIST-1 ein kleiner und unglaublich schwacher Stern, was zusätzliche Beobachtungen sehr schwierig macht. HD110067 hingegen ist mehr als 50-mal heller als TRAPPIST-1.

«Die Tatsache, dass die Planeten im System HD110067 mit der Transitmethode entdeckt wurden, ist entscheidend. Während sie vor dem Stern vorbeiziehen, wird das Licht auch durch die Planetenatmosphären gefiltert», betont Jo Ann Egger, Doktorandin an der Universität Bern, die die Zusammensetzung der Planeten anhand der CHEOPS-Daten berechnet hat und die Mitautorin der Studie ist. Diese Eigenschaft erlaubt es den Forschenden, die chemische Zusammensetzung und andere Eigenschaften der Atmosphären zu bestimmen.

Da viel Licht benötigt wird, sind der helle Stern HD110067 und die ihn umkreisenden Planeten ein ideales Ziel für weitere Studien zur Charakterisierung der Planetenatmosphären. «Die Sub-Neptun-Planeten des Systems HD110067 scheinen eine geringe Masse zu haben, was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise gas- oder wasserreich sind. Zukünftige Beobachtungen dieser Planetenatmosphären, zum Beispiel mit dem James Webb Space Telescope (JWST), könnten Aufschluss darüber geben, ob die Planeten felsige oder wasserreiche innere Strukturen aufweisen», so Egger abschliessend.

Publikation:
“A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067” by R. Luque et al., veröffentlicht in Nature am 29. November 2023.
doi.org/10.1038/s41586-023-06692-3
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06692-3

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag Universität Bern: Astronomischer Walzer enthüllt Sextett von Planeten erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 26. Oktober 2023.

26. Oktober 2023 – Eines der größten Hindernisse bei der Suche nach Exoplaneten, die der Erde ähneln, sind ihre Sterne. Helligkeit und Wellenlängen des Sternenlichts schwanken mitunter stark. Das macht es selbst modernsten Teleskopen schwer, darin Hinweise auf erdähnliche Planeten und ihre lebensfreundlichen Atmosphären zu entdecken. Das gemeinsame Forschungsprojekt REVEAL des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS), der University of St Andrews (Vereinigtes Königreich), des Massachusetts Institute of Technology (USA) und des Space Telescope Science Institute (USA) bringt nun führende Expert*innen für Exoplaneten und für stellare Aktivität zusammen, um dieses Problem zu überwinden. Ziel ist es zu entwirren, welche Spuren im Sternlicht auf einen lebensfreundlichen Exoplaneten deuten und welche Ausdruck des Sterns selbst sind. Der Europäische Forschungsrat (Englisch: European Research Council, ERC) fördert das Projekt in den nächsten sechs Jahren mit einem Synergy Grant. Auf lange Sicht kann REVEAL dazu beitragen, eine der ältesten Fragen der Menschheit zu beantworten: Sind wir allein im Universum?

Die Exoplaneten, die viele Forschende am meisten interessieren, sind am schwersten zu finden. Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems, die der Erde gleichen und zudem möglicherweise lebensfreundliche Umweltbedingungen aufweisen, sind im Vergleich zu den meisten bekannten Exoplaneten von eher bescheidener Größe – und somit deutlich schwerer aufzuspüren. Zwar ist es in den vergangenen Jahrzehnten modernen Teleskopen auf der Erde und im Weltraum zunehmend gelungen, auch kleinere Planeten zu entdecken. Doch seit einigen Jahren stockt diese Entwicklung. Erdzwillinge, die um sonnenähnliche Sterne kreisen, bleiben auch mit dem neusten Stand der Technik schwer zu fassen. Und nach Hinweisen auf Gase, die auf Leben hindeuten, in den Atmosphären der planetaren Winzlinge zu suchen, ist selbst mit dem im vergangenen Jahr in Betrieb genommenen James-Webb-Teleskop der NASA kaum möglich.

Der Hauptgrund für diese Schwierigkeiten liegt in der Natur der Sterne selbst. Wie auch die Sonne leuchten sie nicht immer gleich: Dunkle Flecken und helle Bereiche überziehen ihre Oberfläche mal mehr, mal weniger zahlreich; und auch das Muster, das aufsteigendes heißes Plasma aus dem Innern eines Sterns an seiner Oberfläche erzeugt, ist ständig in Bewegung. „Die Variabilität vieler sonnenähnlicher Sterne ist deutlich stärker als die der Sonne“, erklärt Dr. Alexander Shapiro vom MPS, einer der drei wissenschaftlichen Leiter von REVEAL. „Besonders im Fall kleiner, erdähnlicher Planeten überdeckt die stellare Aktivität die Spuren, die der Planet und seine Atmosphäre im Sternenlicht hinterlassen“, fügt er hinzu.

Um das Problem zu lösen, so der Ansatz von REVEAL, muss zunächst das Verhalten der Sterne genau verstanden werden. In einem ersten Schritt planen die Forscher*innen deshalb, die stellare Aktivität für eine große Vielfalt von Sternen zu modellieren und am Computer zu simulieren. In einem zweiten Schritt berechnen sie, wie sich diese Aktivität auf das Licht auswirkt, das Teleskope von diesen Sternen einfangen. Nur auf diese Weise ist es möglich, echte Messdaten zu verstehen und zu trennen, welche Spuren darin von Exoplaneten und ihren Atmosphären stammen und welche auf den Stern selbst zurückzuführen sind.

Um diese anspruchsvolle Aufgabe zu meistern, bringt REVEAL führende Expert*innen sowohl aus dem Bereich der stellaren Aktivität als auch aus der Exoplanetenforschung zusammen. Während sich die Forschergruppe um Prof. Dr. Andrew Collier Cameron von der University of St Andrews mit dem Aufspüren und Charakterisieren von Exoplaneten mit Hilfe erdgebundener Spektrometer beschäftigt, sucht die Gruppe um Prof. Dr. Sara Seager vom Massachusetts Institut of Technology in den USA nach Hinweisen auf lebensfreundliche Atmosphären in Messdaten des James-Webb-Teleskops der NASA. Für die stellaren Simulationen mit Hilfe komplexer magnetohydrodynamischer Modelle ist die Arbeitsgruppe von Dr. Alexander Shapiro am MPS verantwortlich. Zusätzliche Erfahrung mit der Beobachtung stellarer Aktivität bringt die Partnergruppe um Dr. Jeff Valenti vom Space Telescope Science Institute in den USA ein.

„Nur durch die gemeinsame Expertise von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Bereichen der stellaren Physik und der Exoplanetenphysik können wir dem Ziel näherkommen, endlich eine der aufregendsten Suchen der modernen Astronomie abzuschließen – der Suche nach bewohnbaren Welten außerhalb unseres Sonnensystems“, so Dr. Alexander Shapiro.

Der ERC unterstützt das Projekt REVEAL (Revealing Signatures of Habitable Worlds Hidden by Stellar Activity) in den nächsten sechs Jahren mit fast 9,5 Millionen Euro im Rahmen eines ERC Synergy Grants. Die ERC Synergy Grants sind besonders ambitionierten Forschungsprojekten vorbehalten, die so umfangreich sind und so vielfältiges Fachwissen erfordern, dass sie nicht von einer einzelnen Forschungsgruppe bearbeitet werden können. Von insgesamt 395 Bewerbungen wurden in der aktuellen Förderrunde nur 37 Projekte zur Förderung ausgewählt.

Das MPS erhält bereits zum zweiten Mal einen ERC Synergy Grant. 2018 förderte der ERC auf diese Weise das Projekt WHOLESUN, das dem Ursprung der magnetischen Aktivität der Sonne nachgeht. Auch für Dr. Alexander Shapiro vom MPS ist dies bereits das zweite Mal, dass er mit einem Grant des ERC ausgezeichnet wird. Im Jahr 2017 erhielt er einen ERC Starting Grant, um Helligkeitsschwankungen der Sonne und von Sternen zu untersuchen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Exoplaneten

Der Beitrag MPS: ERC Synergy Grant für Forschungsprojekt REVEAL erschien zuerst auf Raumfahrer.net.