Quelle: Exzellenzcluster ORIGINS 15. Juni 2022.

15. Juni 2022 – Die Super-Erden wurden vor kurzem von einem internationalen Forschungsteam entdeckt, zu dem auch Dr. Karan Molaverdikhani aus der Arbeitsgruppe von ORIGINS PI Prof. Barbara Ercolano zählt. Leben ist zwar auf diesen beiden Exoplaneten eher unwahrscheinlich, sie gehören allerdings zu aussichtsreichen Kandidaten für die Beobachtungsliste des James-Webb-Weltraumteleskops – dieses soll die Atmosphären der beiden Super-Erden spektroskopisch untersuchen.

Mit Hilfe des Planetenjägers der NASA, dem „Transiting Exoplanet Survey Satellite“ (TESS), entdeckten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die zwei Geschwisterplaneten HD 260655 b und HD 260655 c, die einen nur 33 Lichtjahre entfernten, hellen, roten Zwergstern umkreisen. TESS findet Exoplaneten, indem es nach „Transits“ Ausschau hält. Dieser winzige Abfall des Sternenlichts, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht, gibt Aufschluss über den Durchmesser des Planeten. Die Forscher nutzten auch Daten von bodengestützten Spektrographen, wie CARMENES am 3,5-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto in Spanien, um die Existenz der beiden neuen Planeten zu bestätigen. Die Teleskope messen das „Taumeln“ eines Sterns, welches durch die Gravitationskräfte der ihn umkreisenden Planeten verursacht wird, und aus dem sich die Masse der Planeten errechnen lässt.

Heiße Welten
Aus der Kombination der Messungen konnten die Forschenden die Dichte der beiden Planeten bestimmen und bestätigten somit, dass es sich um felsige Welten handelt, die nicht nur geringfügig größer massereicher als die Erde sind. Planet b ist etwa 1,2-mal und Planet c 1,5-mal so groß wie die Erde. Allerdings ist es eher unwahrscheinlich, dass die beiden Welten Leben beherbergen, da sie beide viel zu heiß sind. Die Temperatur auf Planet b, der dem Wirtsstern am nächsten ist, wird auf 435° C geschätzt. Und selbst auf Planet c, erreicht die Temperaturskala etwa 284° C. Die Messungen deuten dabei darauf hin, dass die Planeten keine ausgedehnten Wasserstoffatmosphären besitzen.

„Die von uns neu entdeckten Planeten sind aufgrund der relativ hohen scheinbaren Helligkeit des Wirtssterns hervorragende Ziele für weitere atmosphärische Studien“, erläutert Karan Molaverdikhani von der Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität München. „Mit 33 Lichtjahren sind die Planeten uns relativ nah. Ihr Stern ist zwar kleiner als unsere Sonne, aber einer der hellsten seiner Klasse“, führt Molaverdikhani weiter aus. Diese und andere Faktoren erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass das James-Webb-Weltraumteleskop und vielleicht sogar das Hubble-Weltraumteleskop Licht des Sterns einfangen können, welches durch die Atmosphären dieser Planeten scheint. Spektroskopische Untersuchungen werden es dem Wissenschaftsteam ermöglichen, Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Struktur ihrer Atmosphären zu ziehen und Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie das Klima auf terrestrischen Planeten im Allgemeinen funktioniert, einschließlich unseres eigenen.

Publikation
Luque et al “The HD 260655 system: Two rocky worlds transiting a bright M dwarf at 10 pc”, A&A
https://arxiv.org/abs/2204.10261
pdf: https://arxiv.org/pdf/2204.10261

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• Exoplaneten

Der Beitrag Zwei neue Super-Erden in „Sonnennachbarschaft“ entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Georg-August-Universität Göttingen.

Die uns am nächsten gelegenen Exoplaneten bieten die besten Möglichkeiten, um nach Beweisen für Leben außerhalb des Sonnensystems zu suchen. Forscherinnen und Forscher unter Leitung der Universität Göttingen haben ein System von Super-Erde-Planeten entdeckt, die den nahen Stern Gliese 887, den hellsten roten Zwergstern am Himmel, umkreisen. Super-Erden sind Planeten mit einer Masse, die höher ist als die der Erde, aber wesentlich geringer als die der Eisriesen Uranus und Neptun. Die neu entdeckten Super-Erden liegen nahe der bewohnbaren Zone des Roten Zwergs, wo Wasser in flüssiger Form existieren kann, und könnten Felswelten sein. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Science erschienen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des RedDots-Astronomenteams beobachteten den Roten Zwerg mit Hilfe des HARPS-Spektrografen an der Europäischen Südsternwarte in Chile. Sie verwendeten eine als „Doppler-Wobble“ bekannte Technik, mit der sie die winzigen Bewegungen des Sterns messen konnten, die durch die Gravitationskraft der Planeten verursacht werden. Die regelmäßigen Signale entsprechen Umlaufbahnen von nur 9,3 und 21,8 Tagen, was auf zwei Super-Erden – Gliese 887b und Gliese 887c – hinweist. Diese sind größer als die Erde, bewegen sich dennoch sehr schnell, viel schneller sogar als der Merkur. Wissenschaftler schätzen die Temperatur von Gliese 887c auf etwa 70 Grad Celsius.

Gliese 887 ist einer der sonnennächsten Sterne, der etwa elf Lichtjahre von der Sonne entfernt ist. Er ist viel dunkler und etwa halb so groß wie unsere Sonne. Das bedeutet, dass die bewohnbare Zone näher an Gliese 887 liegt als die Entfernung der Erde von der Sonne. Die Forscherinnen und Forscher entdeckten zwei weitere interessante Fakten über Gliese 887: Zum einen hat der Rote Zwerg im Gegensatz zu unserer Sonne nur sehr wenige Sternflecken.

Wäre Gliese 887 so aktiv wie unsere Sonne, würde wahrscheinlich ein starker Sternwind – ausströmendes Material, das die Atmosphäre eines Planeten erodieren kann – die Atmosphäre der neu entdeckten Super-Erden einfach hinwegfegen. Das bedeutet, dass die Planeten ihre Atmosphäre behalten oder eine dickere Atmosphäre als die Erde haben und möglicherweise Leben beherbergen könnten. Zum anderen ist die Helligkeit von Gliese 887 nahezu konstant. Daher wird es relativ einfach sein, die Atmosphären des Super-Erden-Systems zu erkennen, was es zu einem Hauptziel für das James Webb Space-Teleskop, einem Nachfolger des Hubble-Teleskops, macht.

Dr. Sandra Jeffers von der Universität Göttingen, Hauptautorin der Studie, sagt: „Diese Planeten werden die besten Möglichkeiten für detailliertere Studien bieten, einschließlich der Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems.“

2016 fand das RedDots-Astronomieteam den der Sonne nächstgelegenen Exoplaneten, der ungefähr der Erdmasse entspricht und Proxima Centauri umkreist. Darauf folgte 2018 die Ankündigung eines super-erdnahen Sterns, der Barnards Stern umkreist, den zweitnächsten Stern zur Sonne. Ein System von drei Planeten, die den Roten Zwergstern GJ 1061 umkreisen, der nur etwas weiter von uns entfernt ist als GJ 887, wurde ebenfalls 2019 vom Team angekündigt.

Originalveröffentlichung:
Jeffers et al. (2020), A multiplanet system of super-Earths orbiting the brightest red dwarf star GJ 887. Science.

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• Exoplaneten in habitabler Zone

Der Beitrag Felswelten auf neu entdeckten Super-Erden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Star-Light, Quelle: Suman Satyal, J. Griffith, Z. E. Musielak / Evan Gough – Universe Today.

Im Sonnensystem von Gliese 832 wurden bereits zwei andere Exoplaneten gefunden: Gliese 832B und Gliese 832C. Die Überlegungen zu einem weiteren Planeten in dem System, also einem hypothetischen Gliese 832D, wurden in einer neuen Arbeit von Suman Satyal an der Universität Texas und den Kollegen J. Griffith und Z. E. Musielak vorgestellt.

Gliese 832B ist ein Gasriese, ähnlich Jupiter, mit etwa 64% von dessen Masse und umkreist seinen Stern in 3,5 AE (Astronomische Einheit, entspricht etwa dem mittleren Abstand zwischen Erde und Sonne). G832B spielt wahrscheinlich die gleiche Rolle für das Gravitationsgleichgewicht wie Jupiter in unserem Sonnensystem.

Gliese 832C ist eine Supererde mit ungefähr fünfmal so viel Masse wie die der Erde und umkreist den Stern Gliese 832 in einer geringen Entfernung von 0,16 AE. Gliese 832C ist ein Gesteinsplanet am inneren Rand der habitablen Zone, aber er ist seinem Stern zu nahe, als dass Leben wahrscheinlich ist. Gliese 832, der Stern im Zentrum, ist ein roter Zwerg mit ungefähr der Hälfte der Größe unserer Sonne, sowohl in seiner Masse, als auch im Radius.

Noch ist die Existenz des zusätzlichen Planeten nicht bewiesen. Die Forscher gehen von einer Masse zwischen 1 und 15 Erdmassen aus und einer Bahn in einem Abstand zwischen 0,25 und 2,0 AE von Gliese 832, seinem Zentralgestirn.

Die zwei vorher entdeckten Planeten im System Gliese 832 wurden mit der Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Bei dieser Methode werden die Planeten durch das pendeln des Zentralsterns, ausgelöst durch die Massenanziehung von Planeten im Orbit, erkannt. Dieses Pendeln ist durch den Dopplereffekt erkennbar, da das Licht des betroffenen Sterns durch seine Bewegung eine Rot- und Blauverschiebung erfährt.

Die Mannschaft hinter der neuen Studie hat die Daten zum System Gliese 832 basierend auf der Idee neu interpretiert, dass die riesige Entfernung zwischen den zwei bereits entdeckten Planeten einem weiteren Planeten Platz bieten würde. In Anbetracht der anderen von Kepler studierten Sonnensysteme wäre das Bestehen einer solchen Lücke sehr ungewöhnlich.

Laut ihrer Arbeit betrachtetet der Hauptteil der Studie die Gravitationswirkung, die der große Außenplanet auf den kleineren inneren Planeten ausübt, und außerdem auf die hypothetische Supererde, die im System vorhanden sein könnte. Das Team hat auf der Basis der bekannten Informationen über das Gliese-832-System numerische Simulationen durchgeführt und Modelle entwickelt, die zu dem Schluss kommen, dass ein erdähnlicher Planet Gliese 832 umkreisen könnte.

Dem wissenschaftliche Laien mag es suspekt erscheinen. Schnell ein paar Zahlen eingeben, bis es nach einem erdähnlichen Planeten aussieht, um dann Aufmerksamkeit zu bekommen. Aber so ist es nicht. Diese Art des Modellierens und des Simulierens ist sehr gründlich.

Die Berücksichtigung aller Daten über das System Gliese 832, einschließlich Umlaufgeschwindigkeiten, Bahnneigungen und den Gravitationsbeziehungen zwischen den Planeten und dem Zentralstern sowie zwischen den Planeten selbst, ergibt Wahrscheinlichkeiten, wo vorher unentdeckte Planeten existieren könnten.

Diese Ergebnisse verraten Planetenjägern, wo man anfangen könnte, nach Planeten zu suchen. In diesem Fall zeigen die Ergebnisse der Studie, dass “es ein schmales Fenster von ungefähr 0,03 AE gibt, wo ein erdähnlicher Planet in einem stabilen Orbit im System bleiben könnte.” Die Autoren weisen darauf hin, dass die Existenz dieses Planeten damit nicht bewiesen ist, aber sie ist möglich.

Die anderen Planeten wurden mit der Radialgeschwindigkeitsmethode gefunden, die ziemlich zuverlässig ist. Aber die Radialgeschwindigkeitsmethode gibt nur Hinweise auf die Existenz von Planeten, sie beweist nicht, dass sie dort sind. Trotzdem glauben die Autoren der Studie, dass eine größere Zahl von radialen Umlaufgeschwindigkeitsmessungen die Existenz des zusätzlichen Planeten bestätigen könnte. Abgesehen davon kann entweder die Transitmethode, beispielsweise mit Hilfe des Kepler-Weltraumteleskops, oder die direkte Beobachtung mit sehr starken Teleskopen verwendet werden, um den positiven Beweis zu erbringen.

Bis jetzt konnte man mit Hilfe der Raumsonde Kepler die Existenz von 1.041 Planeten bestätigen. Aber Kepler kann nicht überall nach Planeten suchen. Studien wie die hier besprochene sind entscheidend für mögliche Anhaltspunkte bei der Suche Keplers nach Exoplaneten. Wenn ein weiterer Exoplanet im Gliese-832-System im vermuteten Bereich bestätigt werden kann, dann bestätigt dies auch die Genauigkeit der durchgeführten Simulation des Teams, das hinter dieser Arbeit steht.

Wenn er existiert, würde Gliese832D eine wachsende Liste von Exoplaneten fortschreiben. Vor nicht allzu langer Zeit wussten wir fast nichts über andere Sonnensysteme. Wir hatten nur Kenntnisse über unser eigenes. Auch wenn es immer unwahrscheinlich war, dass unser Sonnensystem aus irgendeinem Grund einmalig sein würde, hatten wir keine genauen Vorstellungen über die Anzahl von Exoplaneten in anderen Sonnensystemen.

Studien wie diese tragen zu unserem wachsenden Verständnis der Dynamik anderer Sonnensysteme bei und der Kenntnis über die Anzahl von Exoplaneten in der Milchstraße, und wahrscheinlich überall im Weltall.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten im Jahr 1995 konnten Astronomen bis zum heutigen Tag außerhalb unseres Sonnensystems 1.855 Planeten nachweisen. Einen wesentlichen Beitrag bei dieser Suche lieferte das auf die Exoplanetensuche spezialisierte Weltraumteleskop Kepler.
Nach seinem Start am 7. März 2009 hat Kepler über einen Zeitraum von vier Jahren hinweg im Bereich der Sternbilder Schwan, Drache und Leier systematisch mehr als 150.000 Sterne anvisiert und dabei mittels der „Transitmethode“ nach Anzeichen für dort befindliche Planeten Ausschau gehalten.

Sobald ein Exoplanet – von der Erde aus betrachtet – direkt vor seinem Mutterstern vorbeizieht, nimmt die Helligkeit des beobachteten Sterns um einen winzigen Bruchteil ab, da der vorbeiziehende Planet einen Teil des von seinem Zentralgestirn ausgehenden Lichts abschirmt. Durch die wiederholten Beobachtungen dieser periodisch auftretenden Helligkeitsveränderungen kann der Durchmesser und die Dauer der Umlaufzeit des verursachenden Planeten bestimmt werden. Anhand der Daten des Weltraumteleskops konnten so bisher 996 Exoplaneten definitiv nachgewiesen werden. Weitere rund 4.000 ‚Planetenkandidaten‘ warten dagegen noch auf ihre Bestätigung, für die zunächst weiterführende Beobachtungen mit anderen Teleskopen notwendig sind.

Um die Suche nach Exoplaneten mit der dafür notwendigen Präzision durchführen zu können ist es jedoch zwingend notwendig, dass das Weltraumteleskop Kepler bei seinen Beobachtungen über eine äußerst genaue und zudem dauerhaft stabile Ausrichtung im Weltall verfügt. Diese Ausrichtung wird allerdings durch den von der Sonne ausgehenden Strahlungsdruck negativ beeinflusst, der mit seiner zwar minimalen, aber doch deutlich spürbar einwirkenden Kraft zu einer permanenten Veränderung der Orientierung des Weltraumteleskops im Raum führt. Um dieser Kraft entgegenzuwirken wurde Kepler mit vier Reaktionsrädern ausgestattet, welche das Weltraumteleskop in allen drei Achsen stabilisieren sollte.

Die Kepler-Mission war eigentlich beendet
Als im Mai 2013 auch das zweite dieser vier Reaktionsräder ausfiel (Raumfahrer.net berichtete) – mindestens drei stabilisierende Kreisel werden jedoch benötigt – schien es zunächst so, als ob die bis dahin überaus erfolgreiche Kepler-Mission beendet werden muss.

Die „K2“-Mission
Die Mitarbeiter der Kepler-Mission waren jedoch nicht bereit, ihr Teleskop ‚einfach so‘ abzuschreiben. Stattdessen wurde von den beteiligten Ingenieuren und Wissenschaftlern ein innovatives Missionskonzept entwickelt, welches in dieser Form bisher noch nie in der Praxis erprobt wurde. Kepler – so die zugrunde liegende Idee – sollte in Zukunft das Sonnenlicht als dritten stabilisierenden ‚Kreisel‘ nutzen. Auf diese Weise kann Kepler in einer Achse stabilisiert werden. Für die anderen beiden Achsen sollten dagegen weiterhin die zwei noch verbliebenen Reaktionsräder genutzt werden.

Zu diesem Zweck muss das Weltraumteleskop ‚lediglich‘ so ausgerichtet werden, dass sich der von der Sonne ausgehende Strahlungsdruck gleichmäßig über das Teleskop verteilt und auf diese Weise die Notwendigkeit von Lagekorrekturen, welche ja letztendlich erst durch genau diesen Strahlungsdruck erforderlich werden, entfällt.

Für dieses alternative Konzept – so die Mitarbeiter der Kepler-Mission müsste allerdings das bisherige Beobachtungsprogramm deutlich modifiziert werden. Das Weltraumteleskop muss sich bei seinen Beobachtungen in Zukunft auf den Bereich der Ekliptik beschränken. Um eine dauerhafte Stabilisierung zu gewährleisten, muss zudem alle 83 Tage die Orientierung und damit auch das Sichtfeld von Kepler verändert werden, was zur Folge hat, dass dann für die folgenden 12 Wochen eine andere in der Ekliptik gelegene Himmelsregion in den Aufnahmebereich des Teleskops rückt.

Neben der Suche nach Exoplaneten, so die Kepler-Wissenschaftler, soll das Weltraumteleskop hierbei dann auch für die Beobachtung und Untersuchung von Sternhaufen, Galaxien, einzelner Sterne und Supernovae eingesetzt werden. Nach einer eingehenden Analyse dieses Vorschlags gab die NASA schließlich im Mai 2014 bekannt, dass dieses neue, als „K2-Mission“ bezeichnete Missionskonzept bewilligt und die finanziellen Mittel für einen zunächst auf zwei Jahre befristeten Weiterbetrieb von Kepler bereitgestellt wurden.

Ein erster Achtungserfolg noch während der Testphase

Unabhängig von dieser Entscheidung wurde Kepler jedoch bereits im Februar 2014 wie hier beschrieben eingesetzt und hat dabei im Rahmen einer ersten, neun Tage andauernden Testkampagne regelmäßig Aufnahmen von dem dabei im Sichtbereich gelegenen Sternfeld angefertigt. Durch die Auswertung der dabei gewonnenen Daten, bei denen fast 2.000 Sterne abgebildet wurden, zeigte sich jetzt, dass das Weltraumteleskop tatsächlich wieder erfolgreich als ‚Exoplanetenjäger‘ eingesetzt werden kann.

Am 18. Dezember 2014 gaben die an der Mission beteiligten Wissenschaftler bekannt, dass in den Daten, welche bereits im Februar aufgezeichnet wurden, ein weiterer Exoplanet entdeckt wurde. Dieser neu entdeckte Planet trägt die Bezeichnung HIP 116454b, verfügt über einen Durchmesser von etwa 32.000 Kilometern und in etwa über die 12-fache Masse der Erde. Für eine vollständige Umrundung seines Zentralsterns benötigt dieser somit als Supererde klassifizierte Planet einen Zeitraum von 9,1 Tagen. Die mittlere Entfernung zwischen Planet und Stern beträgt dabei rund 13,5 Millionen Kilometern. HIP 116454 – der besagte Zentralstern des Exoplaneten – ist etwas kleiner und kühler als die Sonne, gehört der Spektralklasse „K1“ an und befindet sich rund 180 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt im Sternbild Fische.

Der Planet wurde mittlerweile durch nachfolgende Untersuchungen mit dem HARPS-N-Instrument am Telescopio Nazionale Galileo auf der Kanareninsel La Palma sowie durch Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop MOST bestätigt.

Obwohl HIP 116454b laut den gewonnenen Daten definitiv keinen Ort darstellt, bei dem es sich um einen für die Entstehung von extraterrestrischen Leben geeigneten Planeten handelt, stellt diese Entdeckung trotzdem unter Beweis, dass das Weltraumteleskop Kepler auch in der jetzigen Missionsphase „K2“ erfolgreich als Exoplanetenjäger agieren kann.

„Wie ein Phoenix aus der Asche wurde Kepler neu geboren und ist bereit, weitere Entdeckungen zu machen“, so Andrew Vanderburg vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). „Besonders erfreulich ist dabei, dass sich der entdeckte Planet [aufgrund der Nähe seines Zentralsterns zur Erde] für Folgestudien eignet.“

Allerdings haben die mittlerweile veränderten Missionsparameter auch zur Folge, dass die jetzt erfolgenden Beobachtungen von Kepler trotz aller Bemühungen nicht mit der zuvor erreichten Präzision durchgeführt werden können. Durch die Anwendung einer speziell hierfür entwickelten Korrektursoftware kann jedoch eine photometrische Genauigkeit erreicht werden, welche einen Wert von mehr als 50 Prozent der während der Primärmission erreichten Qualität gewährleistet.

Die hier lediglich kurz beschriebene Entdeckung eines weiteren Exoplaneten durch das Weltraumteleskop Kepler wurde kürzlich von Andrew Vanderburg et al. unter dem Titel „Characterizing K2 Planet Discovieries: A Super-Earth transiting the bright K-Dwarf HIP 116454“ in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal“ publiziert.

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• Kepler

Fachartikel von A. Vanderburg et al.:

• Characterizing K2 Planet Discovieries: A Super-Earth transiting the bright K-Dwarf HIP 116454 (Volltext, engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, The Extrasolar Planets Encyclopaedia.

Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten im Jahr 1995 konnten Astronomen bis zum heutigen Tag außerhalb unseres Sonnensystems 1.795 Planeten nachweisen. Einen wesentlichen Beitrag bei dieser Suche lieferte das auf die Exoplanetensuche spezialisierte Weltraumteleskop Kepler. Nach seinem Start am 7. März 2009 hat Kepler über einen Zeitraum von vier Jahren hinweg im Bereich der Sternbilder Schwan, Drache und Leier systematisch mehr als 150.000 Sterne anvisiert und dabei mittels der „Transitmethode“ nach Anzeichen für dort befindliche Planeten Ausschau gehalten.

Sobald ein Exoplanet von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Mutterstern vorbeizieht, nimmt die Helligkeit des beobachteten Sterns um einen winzigen Bruchteil ab, da der Planet einen Teil des von seinem Zentralgestirn ausgehenden Lichts abschirmt. Durch wiederholte Beobachtungen dieser periodisch auftretenden Helligkeitsveränderungen kann der Durchmesser und die Dauer der Umlaufzeit des Planeten bestimmt werden. Anhand der Daten des Weltraumteleskops konnten so bisher 974 Exoplaneten nachgewiesen werden.

Das Sternsystem Kepler-10
Bei einem der dabei beobachteten Sterne handelte es sich um einen sonnenähnlichen Stern der Spektralklasse „G“, welcher sich in einer Entfernung von etwa 560 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem im Randbereich des Sternbildes Drache befindet. Dieser Stern verfügt bei einem etwa gleich großen Durchmesser über rund 90 Prozent der Masse unserer Sonne, ist mit einem Alter von etwa 10,6 Milliarden Jahren jedoch mehr als doppelt so alt wie das Zentralgestirn unseres Sonnensystems.

Bereits im Januar 2011 gaben die an der Kepler-Mission beteiligten Wissenschaftler bekannt, dass sie bei ihren Untersuchungen einen terrestrischen Planeten entdeckt haben, welcher diesen Stern umkreist. Kepler-10b – so die Bezeichnung für diesen Planeten – war der erste mittels des Kepler-Weltraumteleskops entdeckte Gesteinsplanet. Aufgrund der gewonnenen Daten konnte jedoch ausgeschlossen werden, dass es sich dabei um einen für die Entstehung von Leben geeigneten Ort handelt.

Kepler-10b verfügt über den 1,47-fachen Durchmesser der Erde und benötigt für einen kompletten Umlauf um seinen Stern eine Zeitdauer von lediglich 20 Stunden. Aufgrund der extrem engen Umlaufbahn – diese verläuft in einer Entfernung von 0,0168 Astronomischen Einheiten, was in etwa 2,5 Millionen Kilometern entspricht – wird die auf dem Planeten vorherrschende Oberflächentemperatur auf eine Wert von etwa 1.900 Grad Celsius kalkuliert.

Des weiteren entdeckten die Astronomen in den Kepler-Daten einen zweiten Planeten in diesem Sternsystem. Kepler-10c benötigt für einen Umlauf etwas mehr als 45 Tage und verfügt über den 2,35-fachen Durchmesser der Erde. Somit wurde zunächst vermutet, dass es sich bei diesem Planeten um einen „Mini-Neptun“, einen kleineren Gasriesen ähnlich dem Planeten Neptun in unserem Sonnensystem, handeln könnte. Weitere Daten wie etwa die Massen der beiden Planeten konnten mit der Transitmethode jedoch nicht ermittelt werden.

Die Radialgeschwindigkeitsmethode zur Untersuchung von Exoplaneten
Für zusätzliche Untersuchungen der beiden Exoplaneten nutzten die Astronomen deshalb das auf der Kanareninsel La Palma befindliche Telescopio Nazionale Galileo. Dieses 3,58-Meter-Teleskop ist mit einem hochauflösenden Spektrographen namens HARPS-N ausgestattet, welcher aufgrund seiner Möglichkeit, hochpräzise Messungen der Radialgeschwindigkeit von Sternen durchzuführen, für die Exoplaneten-Suche optimiert ist.

Wird ein Stern von einem Planeten umkreist, so übt dieser Planet durch seine Masse einen gravitativen Effekt auf den Zentralstern aus, was dazu führt, dass sich der Stern und der Planet in periodischen Zeitabläufen um ihren gemeinsamen Masseschwerpunkt bewegen. Die dadurch verursachte ‚Taumelbewegung‘ des Sterns führt zu einem Doppler-Effekt, der sich in einer minimalen Verschiebung der Spektrallinien – der ‚Rotverschiebung‘ beziehungsweise der ‚Blauverschiebung‘ – bemerkbar macht. Bewegt sich ein Stern dabei ‚auf die Erde zu‘, so verschieben sich dessen Spektrallinien minimal zu kürzeren Wellenlängen und werden dabei ‚blauer‘. Bewegt sich der Stern dagegen von uns fort, so werden diese Wellenlängen länger und somit ‚rötlicher‘. Durch diese Radialgeschwindigkeitsmethode ist es nicht nur möglich, einen Exoplaneten nachzuweisen, sondern auch die Untergrenze für die Masse dieses Planeten und dessen Umlaufzeit um seinen Stern mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.

Kepler-10c – Eine neue Kategorie von Planeten
Auf diese Weise entdeckten die Wissenschaftler, dass die Masse von Kepler-10c offensichtlich deutlich größer ausfällt als ursprünglich vermutet. Sie liegt bei dem 17,2-fachen der Masse unseres Heimatplaneten, wobei der Unsicherheitsfaktor 1,9 Erdmassen beziehungsweise rund elf Prozent beträgt. Dies bedeutet angesichts seines Durchmessers und dem sich daraus ergebenden Volumen jedoch auch, dass es sich bei Kepler-10c definitiv um einen Gesteinsplaneten und nicht etwa – wie zuvor angenommen – um einen Gasriesen handeln muss.

Die mittlere Dichte des Exoplaneten liegt demzufolge bei einem Wert von 7,1 Gramm pro Kubikzentimeter bei einem Unsicherheitsfaktor von plus/minus 1 Gramm pro Kubikzentimeter. Die mittlere Dichte der Erde liegt dagegen bei einem Wert von 5,6 Gramm pro Kubikzentimeter, die des Neptun sogar bei lediglich 1,6 Gramm pro Kubikzentimeter.

Da Kepler-10c damit deutlich massereicher und auch größer ausfällt als die terrestrische Planeten aus der bereits zuvor bekannten Kategorie der Super-Erden wird dieser Planet von den Wissenschaftlern auch als „Mega-Erde“ bezeichnet und als Prototyp für eine bisher unbekannte Kategorie von Planeten angesehen. Eine ergänzende, von dem Astronomen Lars A. Buchhave durchgeführte Studie legt nahe, dass auch bei anderen Sternen ähnliche Planeten entstanden sein könnten.

„Wir waren sehr überrascht, als uns klar wurde, was wir da entdeckt hatten“, so der für die Auswertung der durch den HARPS-N-Spektrographen gewonnenen Daten verantwortliche Astronom Xavier Dumusque vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).

„Dieser Planet ist der Godzilla unter den Erden“, ergänzt Dimitar Sasselov, der Direktor der ‚Harvard Origins of Life Initiative‘ des CfA. „Aber im Gegensatz zu dem Monster aus den Spielfilmen hat Kepler-10c positive Implikationen für das Leben.“

Die Suche nach einer zweiten Erde
Die an der Studie beteiligten Wissenschaftler betonen, dass ihre Entdeckung weitreichende Konsequenzen für die Wahrscheinlichkeit der Existenz von Leben im Universum haben könnte. Der Grund für diese Aussage ist das hohe Alter des Zentralsterns Kepler-10, welcher lediglich rund drei Milliarden Jahre nach dem Urknall entstanden ist.

Kurz nach dem Urknall waren in unserem Universum im Wesentlichen lediglich die Elementen Wasserstoff und Helium existent. Alle schwereren Elemente wurden erst in der Folgezeit durch Kernreaktionen im Inneren von Sternen erzeugt und anschließend durch Supernova-Explosionen im Universum verteilt. Erst nach mehreren Milliarden Jahren war das Weltall ausreichend mit diesen schweren Elementen ‚angereichert‘, dass sich bei der ‚Geburt‘ neuer Sterngenerationen auch aus Gestein und Eisen bestehende Planeten bilden konnten. Trotz des vermuteten Mangels an schwereren Elementen in der Frühphase des Universums konnte sich jedoch offensichtlich bereits nach lediglich drei Milliarden Jahren um Kepler-10 ein massereicher Gesteinsplanet bilden.

„Die Entdeckung von Kepler-10c bedeutet, dass sich Gesteinsplaneten bereits deutlich früher in der Geschichte des Universums bilden konnten, als wir es bisher für möglich gehalten haben“, so Dimitar Sasselov weiter. „Wenn sich jedoch Gesteinsplaneten bilden können, dann kann auch Leben entstehen.“

Aus diesem Grund weisen die Wissenschaftler darauf hin, dass bei der Suche nach erdähnlichen Planeten auch sehr alte Sterne berücksichtig werden müssen. Obwohl Mega-Erden wie Kepler-10c nicht geeignet sind, um Leben zu beherbergen ist die Existenz dieses Planeten doch ein Beispiel dafür, dass es auch bei diesen ‚Stern-Methusalems‘ möglicherweise bewohnbare Planeten geben könnte.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden der Öffentlichkeit am vergangenen Montag im Rahmen einer Pressekonferenz während einer Tagung der American Astronomical Society (AAS) präsentiert.

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Fachartikel von Xavier Dumusque et al.:

• The Kepler-10 planetary system revisited by HARPS-N: A hot rocky world and a solid Neptune-mass planet (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Universität Göttingen, Royal Astronomical Society.

Der im Sternbild Maler (lat. Name „Pictor“) gelegene Stern „Kapteyns Stern“ wurde im Rahmen einer fotografischen Himmelsdurchmusterung im Jahr 1897 von dem niederländischen Astronomen Jacobus C. Kapteyn von Südafrika aus entdeckt. In der Folgezeit fiel der Stern den Astronomen besonders durch seine hohe Eigengeschwindigkeit auf, mit der er sich über den Himmel bewegt – nach Barnards Pfeilstern weist er die zweithöchste Eigenbewegung eines Sterns am Firmament auf. Mit einer Helligkeit von 8,86 mag kann Kapteyns Stern bereits mit kleineren Teleskopen beobachtet werden. Aufgrund seiner Position am Südhimmel ist hierfür allerdings ein Beobachtungsstandort erforderlich, welcher sich südlich des 45. nördlichen Breitengrades befindet.

Kapteyns Stern
Mit einer Entfernung von lediglich rund 12,76 Lichtjahren zählt Kapteyns Stern zu den 25 Sternen, welche sich am nächsten zu unserem Sonnensystem befinden. Der Roten Zwergstern besitzt etwa 28 Prozent der Masse der Sonne und verfügt über rund ein Drittel des Sonnendurchmessers. Sein Alter wird von den Astronomen auf etwa 11,5 Milliarden Jahre geschätzt. Die spektrale Analyse seiner chemischen Zusammensetzung sowie die Untersuchung seiner Bewegungsrichtung relativ zur Ebene der Milchstraße deuten darauf hin, dass Kapteyns Stern nicht in unserer Heimatgalaxie entstanden ist. Vielmehr stammt dieser Stern sehr wahrscheinlich aus dem Halo unserer Galaxie.

Ursprünglich, so die Astronomen, war Kapteyns Stern das Mitglied einer Zwerggalaxie, welche bereits vor mehreren Milliarden Jahren von dem Milchstraßensystem ‚eingefangen‘ wurde. Die dabei auf die Sterne der eingefangenen Zwerggalaxie einwirkenden gravitativen Einflüsse führten dazu, dass diese zu einem mehrere 10.000 Lichtjahre langen Sternstrom auseinander gezogen wurden. Hierbei handelt es sich um eine Ansammluing von Sternen, welche über eine verwandte chemische Zusammensetzung und ein ähnliches Alter verfügen und die das Zentrum unserer Galaxie auf einer langgestreckten elliptischen Bahn umkreisen. Als ein möglicher Überrest der ursprünglichen ‚Heimat‘ von Kapteyns Stern wurde der Kugelsternhaufen Omega Centauri identifiziert.

Die Radialgeschwindigkeitsmethode zum Nachweis von Exoplaneten
Ein internationales Astronomenteam unter der Leitung von Dr. Guillem Anglada-Escudé von der School of Physics and Astronomy der University of London hat Kapteyns Stern jetzt etwas näher ‚unter die Lupe genommen‘ und dabei unter der Verwendung der Radialgeschwindigkeitsmethode nach eventuellen planetaren Begleitern Ausschau gehalten. Bei diesem Verfahren zum Nachweis von Exoplaneten wird ein Stern zunächst über einen längeren Zeitraum hinweg abgebildet.

Wird der beobachtete Stern von Planeten umkreist, so üben diese durch ihre Masse einen gravitativen Effekt auf ihren Zentralstern aus, was dazu führt, dass sich der Stern und dessen Planet(en) in periodischen Zeitabläufen um ihren gemeinsamen Masseschwerpunkt bewegen. Die dadurch verursachte ‚Taumelbewegung‘ des Sterns führt zu einem Doppler-Effekt, der sich in einer minimalen Verschiebung der Spektrallinien – der ‚Rotverschiebung‘ beziehungsweise der ‚Blauverschiebung‘ – bemerkbar macht. Bewegt sich ein Stern dabei ‚auf die Erde zu‘, so verschieben sich dessen Spektrallinien minimal zu kürzeren Wellenlängen und werden dabei ‚blauer‘. Bewegt sich der Stern dagegen von uns fort, so werden diese Wellenlängen länger und somit ‚rötlicher‘. Durch diese Methode ist es den Astronomen nicht nur möglich, einen Exoplaneten nachzuweisen, sondern auch die Untergrenze für die Masse dieses Planeten und dessen Umlaufzeit um seinen Stern zu bestimmen.

Für die Untersuchung von Kapteyns Stern nutzte das Team, dem auch Wissenschaftler von der Universität Göttingen angehörten, Daten, welche mit dem HARPS-Spektrometer der Europäischen Südsternwarte (ESO) in den chilenischen Anden, dem ebenfalls in Chile befindlichen Las Campanas-Observatorium und dem 10-Meter-Teleskop des Keck-Observatoriums auf Hawaii gewonnen wurden.

Zwei Exoplaneten
Bei der Analyse der Daten stellte sich heraus, dass Kapteyns Stern von zwei Exoplaneten umkreist wird. Bisher sind von diesen beiden Planeten allerdings lediglich deren ungefähren Massen, die Umlaufperioden und der jeweilige Abstand zu dem Zentralstern bekannt. Aus diesen Daten ergibt sich, dass sich einer der Planeten innerhalb der habitablen Zone von Kapteyns Stern bewegt. „Kapteyn b“, so die Bezeichnung dieses Planeten, könnte somit theoretisch die Umweltbedingungen aufweisen, welche das dauerhafte Vorhandensein von Wasser im flüssigen Aggregatzustand ermöglichen. Das Vorhandensein von Wasser, so die allgemein anerkannte Meinung, ist wiederrum eine der Grundvoraussetzungen dafür, dass sich auf einem Planeten Leben bilden kann.

„Der erste Planet des Sterns, Kapteyn b, hat eine Umlaufperiode von 48 Tagen und könnte über flüssiges Wasser verfügen“, so Prof. Dr. Ansgar Reiners vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen, einer der an der Analyse der Daten beteiligten Wissenschaftler. Allerdings verfügt Kapteyn b über mindestens die rund fünffache Masse der Erde. Somit dürfte es sich bei diesem Planeten sehr wahrscheinlich um einen Vertreter der Klasse der Super-Erden handeln. Aufgrund seiner hohen Masse kann wohl ausgeschlossen werden, dass es sich bei diesem Planeten um eine ‚zweite Erde‘ handelt.

Auch der zweite Planet von Kapteyns Stern, der Exoplanet Kapteyn c, verfügt nicht über Umweltbedingungen, welche sich mit denen auf unserem Heimatplaneten vergleichen lassen. Kapteyn c ist nochmals massereicher als sein innerer Nachbar – mindestens rund sieben Erdmassen – und er benötigt für einen kompletten Umlauf um seinen Zentralstern eine Zeitspanne von 121 Tagen. Aufgrund der dadurch gegebenen Distanz von etwa 47 Millionen Kilometern zu seinem Stern herrschen auf den Oberfläche des Planeten vermutlich Temperaturen, welche zu niedrig sind, um das Vorhandensein von flüssigem Wasser zu ermöglichen. Trotzdem, so Prof. Dr. Ansgar Reiners, soll im Rahmen zukünftiger Forschungen untersucht werden, ob es auf den Oberflächen dieser beiden Planeten Wasser gibt.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden kürzlich unter dem Titel „Two planets around Kapteyn’s star: a cold and a temperate super-Earth orbiting the nearest halo red-dwarf“ in der Fachzeitschrift ‚Monthly Notices of the Royal Astronomical Society‘ publiziert.

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Fachartikel von Guillem Anglada-Escudé et al.:

• Two planets around Kapteyn’s star: a cold and a temperate super-Earth orbiting the nearest halo red-dwarf (engl.)

Der Beitrag Zwei Exoplaneten bei Kapteyns Stern entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: Universität Bern, Welt der Physik.de.

Als Super-Erden bezeichnen die Astronomen Exoplaneten mit einem bis zu 2-fachen Erddurchmesser unabhängig von der Beschaffenheit ihrer Oberfläche.

Yann Alibert hat nun in seiner Studie „On the radius of habitable Planets“ den Schluss gezogen, dass Supererden dann, wenn sie einen bestimmten Durchmesser überschreiten, als potenzielle Träger von Leben ausscheiden. Die Grenze zieht Alibert, je nach der chemischen Zusammensetzung des Planeten, bei dem 1,7 – 2,2-fachen des Erddurchmessers.

Mit seiner Studie leistet Alibert auch einen Beitrag dazu, die Suche nach Planeten, die Leben tragen können, zu vereinfachen. Da die Bedingungen für Leben sehr komplex sind, ist es schwierig herauszufinden, ob auf Exoplaneten solche Bedingungen herrschen. Einfacher hingegen ist es, die Planeten auszuschließen, die kein Leben beherbergen können. Masse und Radius von Exoplaneten sind Parameter, die von Sonden gemessen werden können. Durch Aliberts Studie kann man nun den Kreis von Planeten, die man zwecks weiterer Suche nach Leben genauer unter die Lupe nehmen möchte, besser eingrenzen.

Die Frage ist nun, was sich oberhalb der von Alibert festgestellten Grenzen auf den Planeten verändert und so potenzielles Leben unmöglich macht. Alibert führt zwei wichtige Zusammenhänge an: Zum einen die Existenz flüssigen Wassers, welches für die Existenz von Leben unabdingbar ist, zum anderen die Funktionalität des Kohlenstoffzyklus´. Dieser sorgt als geologischer Prozess auf der Erde für eine Regulierung der Temperatur. In den Ozeanen gelöstes Kohlendioxid wird infolge chemischer Verbindungen in das Erdinnere transportiert, dort wieder freigesetzt und gelangt durch Vulkanausbrüche oder sonstige tektonische Vorgänge wieder an die Oberfläche bzw. in die Atmosphäre.

Ein zu großer Radius bei einer erdähnlichen Masse deutet nun aber darauf hin, dass der Planet entweder zu viel Gas oder zu viel Wasser enthält. Gibt es auf dem Planeten zu viel Gas, kann sich kein flüssiges Wasser bilden. Enthält der Planet hingegen zu viel Wasser, ist der Druck der Wassermassen zu groß. Dann bildet sich eine exotische Art von Eis, so genanntes „Eis VII“, welches sich dann auf dem Meeresgrund ablagert und den Austausch von Kohlendioxid (und somit den Kohlenstoffzyklus) verhindert. Besteht ein Planet also aus zu viel Wasser oder zu viel Eis, dann kann auf ihm kein Leben existieren.

Die Studie von Yann Alibert bei arxiv.org:

• On the radius of habitable Planets

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• Exoplaneten
• Exoplaneten in habitabler Zone

Der Beitrag Leben auf Super-Erden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: NASA, JPL, Kepler, Nature.

Bis zum 1. Februar 2011 gelang den Astronomen der Nachweis von 519 Exoplaneten – Planeten, welche außerhalb unseres Sonnensystems ihre jeweiligen Muttersterne umrunden. Eine der dabei angewandten Nachweismethoden für diese Planeten ist die Transitmethode. Sobald ein Exoplanet von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Mutterstern vorbeizieht, nimmt die Helligkeit des beobachteten Sterns um einen winzigen Bruchteil ab, da der Planet einen Teil des von seinem Zentralgestirn ausgehenden Lichts abschirmt. Je größer der dabei beobachtete Exoplanet ausfällt beziehungsweise je enger seine Umlaufbahn um den Stern ist, umso größer wird auch der Anteil der dabei verdeckten Sternoberfläche und umso stärker nimmt dadurch die Helligkeit des bedeckten Sterns ab.

Auf der Suche nach bisher unentdeckten Exoplaneten beobachtet das Weltraumteleskop Kepler mittlerweile seit dem Mai 2009 systematisch einen kleinen Himmelsausschnitt der nördlichen Himmelshemisphäre und überwacht dabei über 156.000 Sterne im Bereich der Sternbilder Schwan und Leier. Mittels eines Fotometers registriert das Weltraumteleskop im Abstand von 30 Minuten die Helligkeit der Sterne in diesem Blickfeld. Dabei halten die Forscher in erster Linie Ausschau nach periodisch auftretenden Schwankungen der Sternhelligkeiten, welche auf solche Planetentransits hindeuten.

Die meisten der bisher im Rahmen der Kepler-Beobachtungen nachgewiesenen periodischen Helligkeitsveränderungen gehen dabei allerdings auf die Sterne selbst zurück, welche beispielsweise aufgrund physikalischer Vorgänge in ihrem Inneren variabel sind. Ein weiterer Grund für Helligkeitsschwankungen kann darin bestehen, dass es sich bei den beobachteten Sternen um Doppel- oder Mehrfachsysteme handelt, welche sich bei ihren Umläufen umeinander wechselweise bedecken.
Nach einer eingehenden Analyse der auffällig gewordenen beobachteten Sterne bleibt nach der Eliminierung dieser „Fehlerquellen“ jedoch immer noch eine gewisse Anzahl von Sternsystemen übrig, bei denen der Verdacht besteht, dass sie von einem oder sogar von mehreren Planeten umrundet werden. Gestern stellte das Kepler-Team im Rahmen einer Pressekonferenz weitere Erkenntnisse der Mission vor, welche auf den Analysen der im Zeitraum zwischen dem 12. Mai und dem 17. September 2009 durchgeführten Beobachtungen basieren.
Demzufolge konnten die Astronomen in den ersten vier Monaten der Mission 1.235 sogenannte Planetenkandidaten aufspüren. Von diesen Kandidaten verfügen 68 über die ungefähre Größe der Erde, 288 werden der Kategorie der Super-Erden zugeordnet, weitere 662 sind in etwa so groß wie die Planeten Uranus und Neptun, 165 sind so groß wie Jupiter und 19 größer als Jupiter.

Insgesamt 54 der neuen Planetenkandidaten umrunden ihre Zentralsterne innerhalb der habitablen Zone, einen Abstandsbereich innerhalb eines Sonnensystems, in welchem sich ein Planet von seinem Zentralstern aufhalten muss, damit auf dessen Oberfläche Wasser dauerhaft im flüssigen Aggregatzustand vorkommen kann. Flüssiges Wasser gilt als eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung von Leben. Von diesen 54 Kandidaten verfügen fünf in etwa über die Größe der Erde. Die restlichen 49 Kandidaten bewegen sich in ihrer Größe in der Kategorie der Supererden, welche über etwa den doppelten Erddurchmesser verfügen, bis hin zu einem Durchmesser, der den des Jupiters übersteigt.

„Mit diesen Entdeckungen haben wir die Zahl der erdgroßen Kandidaten von Null auf 68 und die Zahl der Kandidaten in der habitablen Zone von Null auf 54 gesteigert. Einige der Kandidaten könnten zudem auch über Monde verfügen“, so William Borucki vom Ames Research Center der NASA in Kalifornien/USA. „Die Tatsache, dass wir so viele Planetenkandidaten in einem so kleinen Ausschnitt des Himmels gefunden haben, deutet darauf hin, dass es unzählige Planeten geben muss, welche die Sterne in unserer Galaxie umkreisen“, so Borucki weiter.

„Kepler hat jetzt etwa die Hälfte seiner ursprünglich vorgesehenen Missionsdauer erreicht“, so Roger Hunter, der Projekt-Manager der Kepler-Mission. „Die heutige Veröffentlichung lässt hoffen, dass noch viele Entdeckungen folgen werden. Es scheint, als sei die Galaxie mit Planeten übersät.“
Bevor aus diesen Kandidaten dann eventuell auch bestätigte Planeten werden, sind noch umfangreiche Nachbeobachtungen notwendig. Hierfür sollen sowohl erdgestützte Teleskope als auch das Weltraumteleskop Spitzer eingesetzt werden. Allerdings wird es wohl noch einige Zeit dauern, bis die Kandidaten auch bestätigt werden können, denn der von Kepler beobachtete Himmelsausschnitt in den Sternbildern Schwan und Leier kann mit erdgestützten Teleskopen lediglich vom Frühling bis zum frühen Herbst beobachtet werden.

Die Beobachtungsdaten von Kepler deuten darauf hin, dass von den beobachteten Sternen 170 über mehr als einen Exoplaneten verfügen. Für eines dieser Systeme konnte bereits gestern die Existenz von Planeten bekannt gegeben werden. Der Stern Kepler-11, ein Zwergstern in rund 2.000 Lichtjahren Entfernung zur Erde, wird sogar gleich von sechs Exoplaneten umrundet. „Das Planetensystem von Kepler-11 ist faszinierend“, so Jack J. Lissauer vom Ames Research Center. „Es ist außerordentlich kompakt und sehr flach. Die Planeten umkreisen ihren Stern in sehr dichten Abständen. Wir haben keine Ahnung, auf welche Weise ein solches System eigentlich existieren kann.“

Kepler-11 ist zugleich das erste Sonnensystem, welches gleich sechs Planeten besitzt, die durch die Transitmethode entdeckt wurden. „Es sind bisher nur ganz wenige Sternsysteme mit mehr als einem Transitplaneten bekannt und Kepler-11 ist das erste System mit mehr als drei Transitplaneten“, so Jack J. Lissauer. Der bisherige Rekordhalter war das ebenfalls vom Kepler-Teleskop entdeckte System Kepler-9, wo zwei Gasplaneten und ein etwa erdgroßer Planet den Zentralstern umrunden.
Die fünf inneren Planeten von Kepler-11 benötigen für einen Umlauf um ihren Stern lediglich 10 bis 47 Tage. Würde man sie in unser Sonnensystem versetzen, so befänden sich deren Bahnen alle innerhalb der Umlaufbahn des Merkurs, des sonnennächsten Planeten unseres heimischen Planetensystems. Der sechste Planet liegt etwas weiter außerhalb und benötigt 118 Tage für einen kompletten Umlauf. Auch er umrundet seinen Stern somit auf einem Orbit, welcher sich noch innerhalb der Venus-Umlaufbahn befinden würde.

Die Transits eines einzelnen Planeten erfolgen in periodischen Abständen. In einem Mehrfachplanetensystem bewirken die gegenseitigen gravitativen Einflüsse des Sterns und der verschiedenen Planeten, dass die Planeten minimal beschleunigt beziehungsweise verlangsamt werden. Diese Wechselwirkungen führen zu Abweichungen von den periodischen Transits. Anhand dieser Abweichungen lassen sich die Masse der Planeten und ihrer Bahnverläufe berechnen.

Demzufolge verfügen die fünf inneren Planeten von Kepler-11 über die 2,3-fache bis 13,5-fache Masse der Erde. Sie gehören somit zu den kleinsten bisher bekannten Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems. Auch ihre Dichte ist vergleichsweise gering und liegt teilweise lediglich bei etwa 0,5 Gramm pro Kubikzentimeter. Die Orbitbahnen der sechs Planeten liegen alle fast genau auf einer Ebene. Lediglich die Bahnen der beiden Planeten Kepler-11e und Kepler-11g sind um einen Winkel von 0,6 Grad geneigt. Auch die Exzentrizität der Umlaufbahnen ist minimal. Die Planeten umrunden ihren Stern somit auf fast kreisrunden Bahnen. „Die Planeten bestehen aus Gestein und Gas, eventuell sogar aus Wasser. Das Gestein ist dabei für den Großteil der Planetenmasse verantwortlich, die Gase wiederum für deren Volumen“, so Jack J. Lissauer.

Der Exoplanetenjäger Kepler soll seine Arbeit noch bis mindestens zum November 2012 fortsetzen. Bis dahin wird man auch das System Kepler-11 weiter beobachten und dabei die dortigen Planeten und ihre gegenseitigen Wechselwirkungen noch genauer untersuchen. Und vielleicht gelingt es den Astronomen im weiteren Verlauf der Mission auch, tatsächlich einen erdähnlichen Exoplaneten innerhalb der habitablen Zone nachzuweisen. Allerdings ist ein solcher Nachweis sehr zeitaufwändig. Solche Planeten benötigen für einen kompletten Umlauf um ihren Stern einen Zeitraum von bis zu über einem Jahr und es bedarf mindestens drei Transits, um die Existenz von einem Exoplaneten zu bestätigen.

Mit der gestrigen Bekanntgabe, welche auch in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ publiziert wurde, konnte die Anzahl der bisher bekannten Exoplaneten auf 525 gesteigert werden. Von diesen wurde 15 durch das Weltraumteleskop Kepler entdeckt.

Raumcon-Forum:

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Der Beitrag Kepler-11: Sechs Exoplaneten auf einen Streich erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Hans J. Kemm. Quelle: sciencemag.org.

Weil Giordano Bruno in den Sternen am Himmel Sonnen erkannt hatte, dort weitere Planeten und sogar Leben vermutete, wurde er dafür im Jahr 1600 mit dem Tod auf dem Scheiterhaufen bestraft. Bruno vertrat nicht nur die Ansicht, dass das Weltall unendlich ist, sondern dass es auch unendlich viele Lebewesen auf anderen Planeten im Universum gibt. Moderne Wissenschaftler wollen diesem großen Astronomen nicht nachstehen und sind bemüht, den Nachweis anzutreten, dass es allein in unserer Heimatgalaxie sehr viel mehr Leben gibt als bisher angenommen.

Astronomen von der University of California beobachteten mit dem Keck-Observatorium auf Hawaii 5 Jahre lang 166 Sterne und deren Radialgeschwindigkeit. Diese Objekte befinden sich in einer maximalen Entfernung von 80 Lichtjahren von der Erde. Darunter waren Sonnen der Spektralklassen G und K. G-Sterne haben meist die Größe und Temperatur unseres Zentralgestirns, K-Sterne weisen 0,8 M_So auf und sind rund 2.000 °C kälter als die 5.000 bis 6.000 °C heißen G-Sterne.

Die Wissenschaftler kommen nach den intensiven Beobachtungen dieser sonnenähnlichen Sterne zu dem Schluss, dass bei etwa 23 % von ihnen Planeten vorhanden sein müssten, die unserer Erde sehr ähnlich sind. Die Astronomen meinen auch zu wissen, wie viele Planeten auf engen Umlaufbahnen noch unentdeckt sind. Demnach könnten knapp 2 % der sonnenähnlichen Sterne einen jupiterähnlichen und etwa 6 % einen neptunähnlichen Planeten besitzen. Super-Erden mit 3 bis 10 Erdmassen könnten bei immerhin 12 % der Sterne vorkommen.

Da erdgroße Exoplaneten mit den heute verfügbaren Methoden noch nicht nachweisbar sind, können Astronomen sie nicht direkt auffinden. Sie sind zu klein, um eine ausreichend große Bewegung ihres Heimatsterns auszulösen. Daher schloss das kalifornische Forscherteam von der Anzahl der Gasriesen und der Super-Erden durch Extrapolation auf die Anzahl der nur erdgroßen Planeten. Das Ergebnis der Studie ist in der Novemberausgabe von Science erschienen.

Die Astronomen meinen jetzt, dass es mit der kommenden Generation von terrestrischen und orbitalen Teleskopen nicht schwer sein wird, auch wirklich erdähnliche Planeten zu entdecken.

Raumcon:

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Der Beitrag Unsere Erde ist nicht einzigartig erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Timo Lange. Quelle: NASA, Vogt et al. 2010.

Gliese 581, ein Zwergstern der Spektralklasse M3, scheint eine wahre Goldgrube für Planetenjäger zu sein. Bereits vor 5 Jahren wurde der erste Planet um diesen im Vergleich zur Sonne enorm leuchtschwachen Roten Zwergstern entdeckt. GJ 581b ist ein den Stern in nur knapp sechs Tagen umlaufender Planet, der aufgrund seiner Masse von mindestens 15 Erdmassen der Klasse der sogenannten „Hot Neptunes“ zugerechnet wird. Die beiden im Jahr 2007 entdeckten Planeten, GJ 581c und -d sorgten ihrerseits bereits für Schlagzeilen, liegen sie doch jeweils am inneren, respektive am äußeren Rand der habitablen Zone des Systems um GJ 581.
Zunächst wurde der innere Planet, GJ 581c als bis dato aussichtsreichster Kandidat für mögliches außerirdisches Leben angesehen. Neuere Modellrechnungen sagten dem mit mindestens fünf Erdmassen der Klasse der „Super-Erden“ zugeordneten Planeten jedoch einen massiven Treibhauseffekt voraus, der zu lebensunfreundlichen Temperaturen ähnlich denen auf der Venus führen würde. Daraufhin geriet GJ 581d ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Sollte dieser ebenfalls über einen Treibhauseffekt verfügen, könnten hier die Temperaturen gemäßigte Werte erreichen. Mit über 7 Erdmassen bleibt allerdings bis heute unklar, ob der Planet tatsächlich über eine feste Oberfläche verfügt und nicht ein riesiger Eisklumpen ist.

Der kleinere der nun neu entdeckten Planeten mit dem Kürzel GJ 581g liegt nun genau zwischen diesen beiden Planeten und damit mitten in der habitablen Zone. Er ist mindestens drei Erdmassen schwer. Die Obergrenze für seine Masse liegt mit großer Wahrscheinlichkeit nicht höher als 4,3 Erdmassen. Wäre der Planet massereicher, müsste die Inklination höher sein und das komplexe dynamische Gleichgewicht des fremden Sonnensystems würde ins Wanken geraten. In diesem Massebereich stehen die Chancen sehr gut, dass GJ 581g über eine feste Oberfläche ähnlich der Erde verfügt. Die Nähe zum Roten Zwergstern von nur 0,146 AU (Astronomical Units = Astronomische Einheiten) – Merkur, der innerste Planet unseres Sonnensystems, umläuft die Sonne bei 0,387 AU – sorgt für gemäßigte Temperaturen auf GJ 581g, insbesondere wenn man ebenfalls von einem Treibhauseffekt ausgeht. Die Temperaturen sind trotz der großen Nähe zum Stern so niedrig, weil GJ 581 nur etwa zwei Promille der Energie abstrahlt, die unsere Sonne aussendet.

Die enge Umlaufbahn sorgt dafür, dass ein Jahr auf GJ 581g nur etwa 37 Erdtage dauert und sie sorgt, und das ist der entscheidende Punkt, für eine gebundene Rotation. Ähnlich wie unser Erdmond der Erde immer nur eine Seite zuwendet, zeigt auch eine Seite des Planeten immer zum Stern hin. Das heißt wiederum, dass eine Seite des Planeten permanent abgewandt und damit sehr kalt ist, während die zum Stern hingewandte Hemisphäre sehr heiß sein sollte. Insbesondere die Übergangszone zwischen den beiden Hemisphären – ein Bereich in dem es permanent dämmert – bietet aber wahrscheinlich tatsächlich gemäßigte Temperaturen und damit lebensfreundliche Bedingungen. Weitere Untersuchungen werden nun zeigen müssen, ob GJ 581g tatsächlich über eine Atmosphäre verfügt und wie diese zusammengesetzt ist. Erst dann werden sich genauere Aussagen über die Lebensfreundlichkeit der Bedinungen auf GJ 581g treffen lassen.

Dass es gelang, einen solchen Planeten in unserer direkten Nachbarschaft aufzuspüren, Gliese 581 liegt nur etwa 20 Lichtjahre entfernt, vergrößert die Wahrscheinlichkeit, dass erdähnliche Planeten in unserer Galaxis – und damit im gesamten Universum – häufig vorkommen. Wir müssen sie nur noch entdecken. Die Entdeckung von GJ 581g gelang mit Hilfe des HIRES Spektrometers am Keck-Teleskop auf Hawaii. Radialgeschwindigkeitsmessungen aus elf Jahren wurden mit Messungen des HARPS-Spektrographen der ESO kombiniert, wodurch die beiden neuen Planeten um GJ 581 in den Daten erkennbar wurden.

Raumcon Forum:

• Exoplaneten in habitabler Zone

Der Beitrag Gliese 581: Erdähnlicher Planet in habitabler Zone? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Timo Lange. Quelle: ESA, exoplanet.eu.

Ein internationales Team aus Astronomen gab ihre Entdeckung gestern auf dem 1. Internationalen Corot-Symposium in Paris bekannt. Demnach handelt es sich bei Corot-Exo-7b um den bisher kleinsten Vertreter der Familie der so genannten Super-Erden. Sein Radius liegt zwischen 1,5 und 2 Erdradien. Als Super-Erden bezeichnen Astronomen Exoplaneten mit einer Masse zwischen einer und fünfzehn Erdmassen. In diesem Massebereich kann davon ausgegangen werden, dass es sich nicht um einen Gasplaneten wie Neptun oder Jupiter handelt, sondern dass der Planet eine feste Oberfläche ähnlich der Erde besitzt.

Im Fall von Corot-Exo-7b sind sich die Astronomen zwar sicher, was den Radius des Planeten angeht, da dieser mit Hilfe der Transitmethode gut bestimmt werden kann. Unsicherheit herrscht dagegen bei der genauen Masse und damit Dichte des Exoplaneten. Daher ist zum jetzigen Zeitpunkt noch unklar, wie Corot-Exo-7b zusammengesetzt ist.

Klar ist dagegen, dass auf der Oberfläche sehr hohe Temperaturen herrschen müssen. Corot-Exo-7b absolviert einen Orbit um seinen Zentralstern in nur etwa 20 Stunden – ein Jahr auf diesem Planeten ist also kürzer als einer unserer Erdtage. Damit bewegt sich Corot-Exo-7b sogar noch dichter an seiner Sonne, als die meisten der bisher entdeckten „Hot Jupiters“. Von einer zweiten Erde kann also keine Rede sein.

Entdeckt wurde Corot-Exo-7b mit Hilfe der französischen Sonde Corot. Corot wurde Ende des Jahres 2006 gestartet und ist die bisher einzige Weltraummission, die sich dezidiert der Suche nach extrasolaren Planeten widmet. Corot ist mit einem kleinen 27-cm-Teleskop ausgestattet, mit dessen Hilfe sie nach minimalen Schwankungen im Licht der Sterne sucht. Wandert ein Exoplanet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern entlang, wird ein Teil der Strahlung des Sterns abgeblockt. Corot kann diese winzige Verdunkelung messen.

Auf Corot-Exo-7b wurden die Astronomen während einer 150-tägigen Untersuchungsperiode im Winterhalbjahr 2007/2008 das erste Mal aufmerksam. Seither wurden umfangreiche Bestätigungsbeobachtungen durch erdgebundene Teleskope durchgeführt, um den Planeten dingfest zu machen.

Eine wissenschaftliche Abhandlung zu Corot-Exo-7b wird in der nächsten Ausgabe von Astronomy and Astrophysics unter dem Titel „Transiting exoplanets from the CoRoT space mission VII. COROT-Exo-7b: The first super-earth with radius characterized“ erscheinen. Bis dahin sollten dann auch genauere Angaben zu Masse und Dichte des kuriosen Planeten verfügbar sein.

Die Corot-Mission wird von der französischen Raumfahrtagentur CNES geleitet, beteiligt sind Forscher der ESA und anderer Forschungsinstitute aus Belgien, Brasilien, Deutschland, Österreich und Spanien.

Raumcon:

• Exoplaneten-Thread (ab 3. Februar)

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Ein Beitrag von Felix Herrmann. Quelle: Carnegie News Release.

Eine neue Erklärung für die Formung der sogenannten „Supererden“ besagt, das diese wahrscheinlich häufiger beim Umkreisen von Roten Zwergsternen – die häufigste Sternenart – gefunden werden als riesige Gasplaneten wie Jupiter und Saturn. Die Theorie, aufgestellt von Dr. Alan Boss von der Carnegie Institution, Abteilung Irdischer Magnetismus, beschreibt einen Mechanismus, wodurch UV-Strahlung von einem in der Nähe gelegenen massiven Stern die gasförmige Hülle eines Planeten zerstört und eine Supererde enthüllt. Die am 10. Juni 2006 im „Astrophysischen Journal“ veröffentlichte Arbeit erklärt die jüngste Entdeckung des Planeten mittels der „Mikrolinsenmethode“.
Supererden haben Massen, welche sich zwischen der Erd- und der Neptunmasse bewegen. Allerdings besitzen sie eine noch ungeklärte Zusammensetzung. „Von den 300 der Sonne am nächsten stehenden Sternen, sind mindestens 230 Rote Zwergsterne mit einer Masse von weniger als die Hälfte der Masse unserer Sonne“, erklärte Boss. „Weil die nahegelegenen Sterne die besten Orte sind, um nach anderen erdähnlichen Planeten zu suchen, ist es wichtig, Vorhersagen zu treffen, was für Typen von Planetarischen Systemen diese wahrscheinlich haben. Und das heißt, herauszufinden, wie sich die Planeten formen können.“

Kürzlich wurde Beweismaterial für den Planeten mit der vielleicht kleinsten Masse präsentiert, der bei der Suche nach einem ähnlichen Stern wie die Sonne gefunden wurde. Die Suche wurde von einem internationalen Konsortium von Astronomen mittels der „Mikrolinsenmethode“ durchgeführt, wobei ein Stern im Vordergrund das Licht von einem viel weiter entfernten Stern verstärkt, indem er es in unsere Richtung krümmt. Dieser Effekt wurde schon von Einstein vorausgesagt. Zusätzlich wurde noch eine zweite Leuchtquelle beobachtet, übereinstimmend mit der Präsenz von einem Planeten mit der 5,5fachen Erdmasse, der den Vordergrundstern in derselben Distanz wie der Asteroidengürtel in unserem Sonnensystem umrundet. Während weitere Details des Vordergrundsterns ungeklärt sind, weiß man nur, dass es sich um einen Roten Zwergstern handelt. Beweise für die Existenz eines einen weiteren Roten Zwergstern umrundenden Planeten mit der 13fachen Erdmasse wurden später präsentiert.

Die Arbeitsgruppen die mit der „Mikrolinsenmethode“ arbeiten, interpretierten ihre Entdeckungen als Beweis dafür, dass Supererden sich mit demselben Prozess, der die Entstehung der Erde und der anderen Planten in unserem Sonnensystem zuließ, um Rote Zwergsterne sammeln können. Dieser Prozess ist so langsam, dass es unwahrscheinlich ist, dass dieser Prozess die Hauptrolle bei der Ausrichtung der riesigen Gasplaneten rund um die Roten Zwergsterne gespielt hat. Das ist so, da das Gas wahrscheinlich verschwindet, bevor die festen Körper groß genug sind, um irgendwelches Gas an sich zu binden.

Der Beitrag Wie sich „Supererden“ möglicherweise formen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.