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.

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• TESS – Transiting Exoplanet Survey Satellite
• Exoplaneten

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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.

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• Mission Twilight auf Falcon 9

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Quelle: ASTRON NL, 2. Juli 2025.

2. Juli 2025 – Dwingeloo – Wissenschaftler*innen haben den ersten eindeutigen Fall entdeckt, in dem ein Planet einen Flare seines Muttersterns verursacht hat, und damit neue Einblicke in die dramatischen Wechselwirkungen zwischen Sternen und ihren eng umkreisenden Planeten gewonnen. Die Forschung wurde von Dr. Ekaterina Ilin vom ASTRON (Niederländisches Institut für Radioastronomie) zusammen mit einem internationalen Team von Mitarbeiter*innen durchgeführt.

HIP 67522: ein junges und dynamisches Sternsystem

Die Studie konzentrierte sich auf HIP 67522, ein junges Sternsystem in 408 Lichtjahren Entfernung in der Region Upper Centaurus Lupus. Mit einem Alter von nur 17 Millionen Jahren, was in kosmischen Maßstäben noch ein Kleinkind ist, enthält dieses System einen riesigen Planeten in einer extrem engen Umlaufbahn, der alle 6,95 Tage eine Runde um seinen Stern dreht. „Wir haben den ersten eindeutigen Beweis für eine magnetische Wechselwirkung zwischen Stern und Planet gefunden, bei der ein Planet energiereiche Flares auf seinem Mutterstern auslöst“, sagte Ekaterina Ilin. „Besonders spannend ist, dass diese Wechselwirkung seit mindestens drei Jahren andauert, sodass wir sie detailliert untersuchen können.“

TESS und CHEOPS enthüllen magnetische Störungen

Durch die Analyse von Daten aus fünf Jahren, die vom TESS-Satelliten der NASA und dem CHEOPS-Teleskop der Europäischen Weltraumorganisation stammen, entdeckten die Forscher, dass Flares auf HIP 67522 vor allem dann beobachtet werden, wenn der Planet aus unserer Perspektive auf der Erde vor dem Stern vorbeizieht. Diese Beobachtung ermöglichte es ihnen zu zeigen, dass die Flares auftreten, wenn der Planet die Magnetfeldlinien des Sterns stört und Energie entlang dieser magnetischen Bahnen zurück zur Oberfläche des Sterns sendet, wo sie explosive Energiefreisetzungen auslöst.

Sechsmal häufigere Flares

Die Ergebnisse zeigen auch, dass der Planet etwa sechsmal häufiger den Flares seines Muttersterns ausgesetzt ist, als dies ohne die Wechselwirkung der Fall wäre. Die verstärkten Flares haben erhebliche Auswirkungen auf den Planeten selbst, der laut jüngsten Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop eine ungewöhnlich ausgedehnte Atmosphäre aufweist. „Der Planet setzt sich im Wesentlichen einem intensiven Bombardement von Strahlung und Partikeln aus diesen induzierten Flares aus“, erklärte Harish K. Vedantham, Mitautor und Forscher bei ASTRON. „Dieses selbstverschuldete Weltraumwetter führt wahrscheinlich dazu, dass sich die Atmosphäre des Planeten aufbläht, und könnte die Geschwindigkeit, mit der der Planet seine Atmosphäre verliert, dramatisch beschleunigen.“

In einem begleitenden Artikel, der in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde, bestätigten die Autoren, dass HIP 67522 ein magnetisch aktiver Stern mit starker Radioemission ist, die durch sein Magnetfeld angetrieben wird. Das Team beobachtete das Stern-Planeten-System etwa 135 Stunden lang mit dem Australian Telescope Compact Array bei niedrigen Radiofrequenzen und stellte fest, dass es sich um eine helle und burstartige Quelle oder Emission handelt. Gleichzeitig zeigte der Stern keine Anzeichen von Radioemissionen, die auf die Wechselwirkung mit dem Planeten zurückzuführen wären. Die Nicht-Detektion entspricht den Erwartungen und stützt die Schlussfolgerung des Hauptartikels, dass die magnetische Wechselwirkung zwischen Stern und Planet die Flares verursacht.

Ein Modell für die Erforschung der Planetenentwicklung

Diese Entdeckung macht HIP 67522 zu einem archetypischen System für die Erforschung, wie magnetische Wechselwirkungen zwischen Sternen und Planeten die Planetenentwicklung beeinflussen können, insbesondere bei jungen Planeten. Das Team plant weitere Beobachtungen dieses und anderer Systeme, um besser zu verstehen, wie Energie entlang der Verbindung zwischen Planet und Stern transportiert und freigesetzt wird, wie häufig dieses Phänomen in jungen Planetensystemen auftritt und was es für die Fähigkeit junger Planeten bedeutet, ihre entstehende Atmosphäre zu behalten.

Artikel:

1) Close-in planet induces flares on its host star DOI: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09236-z

2) Searching for planet-induced radio signal from the young close-in planet host star HIP 67522 DOI: http://doi.org/10.1051/0004-6361/202554684
Arxiv: https://arxiv.org/abs/2507.00796

ASTRON ist das niederländische Institut für Radioastronomie und gehört zur Institutsorganisation der NWO. Unsere Mission ist es, Entdeckungen in der Radioastronomie zu ermöglichen. Dazu entwickeln wir neue und innovative Technologien, setzen Weltklasse-Radioastronomieanlagen wie das Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) und das Low Frequency Array (LOFAR) ein und betreiben astronomische Grundlagenforschung.

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Exoplaneten

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Quelle: AIP 10. Januar 2024.

10. Januar 2024 – Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass das Magnetfeld von Sternen ihre eigene Rotation endlos verlangsamt. Neue Beobachtungen und ausgefeilte Methoden geben nun neue und unerwartete Einblicke in die magnetischen Geheimnisse eines Sterns: Die kosmischen Hotspots für die Suche nach außerirdischen Nachbarn könnten Planeten um Sterne, die sich in ihrer Midlife-Crisis und darüber hinaus befinden, darstellen. Aufschluss über magnetische Phänomene und bewohnbare Umgebungen gibt eine neue Studie, die die Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlichte.

Die Schweizer Astronomen Michael Mayor und Didier Queloz gaben 1995 die erste Entdeckung eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bekannt, der einen fernen, sonnenähnlichen Stern mit der Bezeichnung 51 Pegasi umkreist. Seitdem wurden über 5500 sogenannte Exoplaneten gefunden, die um andere Sterne in unserer Galaxie kreisen. 2019 erhielten die beiden Wissenschaftler für ihre Pionierarbeit gemeinsam den Nobelpreis für Physik. Diese Woche veröffentlichte ein internationales Team neue Beobachtungen von 51 Pegasi, die darauf hindeuten, dass die derzeitige magnetische Umgebung um den Stern besonders günstig für die Entwicklung von komplexem Leben sein könnte.

Sterne wie unsere Sonne entstehen mit hoher Eigenrotation, was ein starkes Magnetfeld verursacht, das heftig ausbrechen und ihre Planetensysteme mit geladenen Teilchen und schädlicher Strahlung bombardieren kann. Im Laufe von Jahrmilliarden verlangsamt sich die Rotation des Sterns allmählich, wenn sein Magnetfeld durch einen von seiner Oberfläche ausgehenden Wind schwächer wird – ein Prozess, der als magnetische Bremsung bezeichnet wird. Die langsamere Rotation erzeugt ein schwächeres Magnetfeld, und beide Eigenschaften nehmen gemeinsam ab, wobei sie sich gegenseitig bedingen. Bis vor kurzem ging die Astronomie davon aus, dass diese magnetische Bremsung unbegrenzt anhält, aber neue Beobachtungen haben begonnen, diese Annahme in Frage zu stellen.

„Wir müssen die Bücher dahingehend neu schreiben, wie sich Rotation und Magnetismus in älteren Sternen wie der Sonne nach der Mitte ihrer Lebenszeit verändern“, sagt Teamleiter Travis Metcalfe, ein leitender Wissenschaftler der White Dwarf Research Corporation in Golden, Colorado, USA. „Unsere Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen für Sterne mit Planetensystemen und deren Aussichten auf die Entwicklung fortgeschrittener Zivilisationen.“ Klaus Strassmeier, Direktor am Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam (AIP) und Mitautor der Studie fügt hinzu: „Das liegt daran, dass eine geschwächte magnetische Bremsung stellare Winde drosselt und verheerende, eruptive Ereignisse damit weniger wahrscheinlich macht.“

Das Team aus den Vereinigten Staaten und Europa kombinierte Beobachtungen von 51 Pegasi vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA mit hochmodernen Messungen seines Magnetfeldes durch das Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) am Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona. Obwohl der Exoplanet, der 51 Pegasi umkreist, von der Erde aus gesehen nicht vor seinem Mutterstern vorbeizieht, zeigt der Stern selbst in den TESS-Beobachtungen subtile Helligkeitsschwankungen, die zur Messung des Radius, der Masse und des Alters des Sterns verwendet werden können – eine Technik, die als Asteroseismologie bekannt ist. Unterdessen bewirkt das Magnetfeld des Sterns im Sternenlicht eine kleine Polarisation, sodass PEPSI am LBT eine magnetische Karte der Sternoberfläche erstellen kann, während sich der Stern dreht – eine Technik genannt Zeeman-Doppler-Bildgebung. Mit diesen Messungen konnte das Team die aktuelle magnetische Umgebung des Sterns bewerten.

Frühere Beobachtungen des NASA-Weltraumteleskops Kepler deuteten bereits darauf hin, dass die magnetische Abbremsung jenseits des Sonnenalters deutlich schwächer werden könnte, wodurch die enge Beziehung zwischen Rotation und Magnetismus bei älteren Sternen aufgehoben würde. Die Beweise für diese Veränderung waren jedoch indirekt und beruhten auf Messungen der Rotationsrate von Sternen mit einer großen Altersspanne. Es war klar, dass die Rotation irgendwann in der Nähe des Alters der Sonne (4,5 Milliarden Jahre) aufhörte, sich zu verlangsamen und dass eine geschwächte magnetische Bremsung in älteren Sternen dieses Verhalten reproduzieren könnte. Allerdings können nur direkte Messungen des Magnetfelds eines Sterns die zugrundeliegenden Ursachen ermitteln und die von Kepler beobachteten Objekte waren zu schwach für LBT-Beobachtungen. Die TESS-Mission begann 2018 mit der Sammlung von Messungen – ähnlich wie bei Kepler, jedoch für die nächstgelegenen und hellsten Sterne am Himmel, darunter 51 Pegasi.

In den letzten Jahren hat das Team begonnen, mit PEPSI am LBT die Magnetfelder mehrerer TESS-Ziele zu messen und so nach und nach ein neues Verständnis dafür zu entwickeln, wie sich der Magnetismus in Sternen wie der Sonne verändert, wenn sie älter werden. Die Beobachtungen ergaben, dass sich die magnetische Bremswirkung bei Sternen, die etwas jünger als die Sonne sind, plötzlich ändert. Zu diesem Zeitpunkt wird sie mehr als zehnmal schwächer und nimmt mit zunehmendem Alter der Sterne weiter ab. Das Team führt diese Veränderungen auf eine unerwartete Verschiebung der Stärke und Komplexität des Magnetfelds sowie den Einfluss dieser Verschiebung auf den Sternwind zurück. Die neu gemessenen Eigenschaften von 51 Pegasi zeigen, dass er – genau wie unsere eigene Sonne – diesen Übergang zu einer geschwächten magnetischen Bremsung bereits durchlaufen hat.

„Es ist sehr erfreulich, dass das LBT und PEPSI eine neue Perspektive auf dieses Planetensystem aufzeigen konnten, das eine so zentrale Rolle in der Exoplanetenastronomie spielte“, sagt Klaus Strassmeier, leitender Forscher des PEPSI-Spektrographen. „Diese Forschung ist ein wichtiger Schritt auf der Suche nach Leben in unserer Galaxie“.

In unserem eigenen Sonnensystem fand der Übergang des Lebens von den Ozeanen auf das Land vor mehreren hundert Millionen Jahren statt und fiel mit dem Zeitpunkt zusammen, an dem die magnetische Bremswirkung der Sonne nachließ. Junge Sterne bombardieren ihre Planeten mit Strahlung und geladenen Teilchen, die der Entwicklung von komplexem Leben entgegenstehen. Ältere Sterne scheinen jedoch ein stabileres Umfeld zu bieten. Travis Metcalfe zufolge deuten die Ergebnisse des Teams darauf hin, dass die besten Orte für die Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems auf Planeten um Sterne mittleren und höheren Alters liegen könnten.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Weitere Informationen
Weakened Magnetic Braking in the Exoplanet Host Star 51 Peg
Travis S. Metcalfe, Klaus G. Strassmeier, Ilya V. Ilyin, Derek Buzasi, Oleg Kochukhov, Thomas R. Ayres, Sarbani Basu, Ashley Chontos, Adam J. Finley, Victor See, Keivan G. Stassun, Jennifer L. van Saders, Aldo G. Sepulveda, and George R. Ricker
The Astrophysical Journal Letters, Vol. 960, Issue 1, p. L6
DOI: 10.3847/2041-8213/ad0a95
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad0a95
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad0a95/pdf

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• Exoplaneten
• Sternentwicklung

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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

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• Exoplaneten

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Quelle: Universität Bern 8. Juni 2023.

CHEOPS ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Schweiz, unter der Leitung der Universität Bern in Zusammenarbeit mit der Universität Genf. Seit dem Start im Dezember 2019 haben die extrem präzisen Messungen von CHEOPS zu mehreren wichtigen Entdeckungen auf dem Gebiet der Exoplaneten beigetragen.

Die NFS PlanetS-Mitglieder Dr. Solène Ulmer-Moll von den Universitäten Bern und Genf und Dr. Hugh Osborn von der Universität Bern nutzten die einzigartige Synergie von CHEOPS und dem NASA- Satelliten TESS, um eine Reihe von schwer identifizierbaren Exoplaneten zu entdecken. Die Planeten mit den Namen TOI 5678 b und HIP 9618 c haben die Größe von Neptun oder etwas kleiner mit 4,9 und 3,4 Erdradien. Die entsprechenden Studien wurden soeben in den Fachzeitschriften Astronomy & Astrophysics und Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. Zwei weitere Mitglieder des internationalen Teams, Amy Tuson von der Universität Cambridge (Grossbritannien) und Dr. Zoltán Garai vom ELTE Gothard Astrophysical Observatory (Ungarn) haben die gleiche Technik verwendet, um zwei ähnliche Planeten in anderen Systemen zu identifizieren.

Die Synergie von zwei Satelliten
Der CHEOPS-Satellit beobachtet die Helligkeit von Sternen, um die leichte Abschwächung zu erfassen, die auftritt, wenn ein Planet in seiner Umlaufbahn aus unserer Sicht vor seinem Stern vorbeizieht. Durch die Suche nach diesen Verdunkelungsereignissen, den sogenannten Transits, konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die meisten der Tausenden von Exoplaneten entdecken, von denen bekannt ist, dass sie andere Sterne als unsere Sonne umkreisen.

«Der NASA-Satellit TESS ist hervorragend darin, die Transits von Exoplaneten aufzuspüren, selbst bei den am schwierigsten zu entdeckenden Kleinplaneten. Allerdings wechselt er alle 27 Tage sein Sichtfeld, um den grösstmöglichen Teil des Himmels schnell abzutasten. Dies hindert TESS daran, Planeten auf längeren Umlaufbahnen zu finden», erklärt Hugh Osborn. Dennoch konnte der TESS-Satellit einzelne Transite von Planeten um die Sterne TOI 5678 und HIP 9618 beobachten. Als er nach zwei Jahren in das gleiche Sichtfeld zurückkehrte, konnte er erneut ähnliche Transits um dieselben Sterne beobachten. Trotz dieser Beobachtungen war es noch nicht möglich, eindeutig auf die Anwesenheit von Planeten um diese Sterne zu schliessen, da immer noch entscheidende Informationen fehlten. «An dieser Stelle kommt CHEOPS ins Spiel: der Satellit konzentriert sich jeweils auf einen einzelnen Stern, und somit ist CHEOPS eine Nachfolgemission, die perfekt geeignet ist, diese Sterne weiter zu beobachten, um die fehlenden Informationen zu liefern», ergänzt Solène Ulmer-Moll.

Ein langwieriges «Versteckspiel»
Da das CHEOPS-Team das Vorhandensein von Exoplaneten vermutete, entwickelte es eine Methode, um nicht blindlings kostbare Beobachtungszeit zu vergeuden, in der Hoffnung, zusätzliche Transits zu entdecken. Die Forschenden wählten einen gezielten Ansatz, der auf den wenigen Hinweisen basierte, die die von TESS beobachteten Transits lieferten. Auf dieser Grundlage entwickelte Osborn eine Software, die für jeden Planeten mögliche Zeiträume vorschlägt und priorisiert. «Wir spielen dann mit den Planeten und mit dem CHEOPS-Satelliten eine Art Versteckspiel», so Osborn.

«Wir richten CHEOPS zu einem bestimmten Zeitpunkt auf ein Ziel, und je nachdem, ob wir einen Transit beobachten oder nicht, können wir einige der Möglichkeiten ausschliessen und es zu einem anderen Zeitpunkt erneut versuchen, bis wir eine eindeutige Lösung für die Umlaufzeit gefunden haben.» Es brauchte fünf bzw. vier Versuche, bis die Forschenden die Existenz der beiden Exoplaneten eindeutig bestätigen und feststellen konnten, dass TOI 5678 b eine Umlaufzeit von 48 Tagen hat, während HIP 9618 c eine Umlaufzeit von 52,5 Tagen aufweist.

Ideale Ziele für das JWST
Für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist die Geschichte damit noch nicht zu Ende. Mit den neu gefundenen begrenzten Zeiträumen für die Transits konnten sie sich bodengestützten Beobachtungen zuwenden, bei denen eine andere Technik, die Radialgeschwindigkeits-Methode, verwendet wurde. Dies ermöglichte es dem Team, Massen von 20 Erdmassen für TOI 5678 b respektive 7,5 Erdmassen für HIP 9618 c zu bestimmen. Wenn sowohl die Grösse als auch die Masse eines Planeten bekannt sind, lässt sich daraus normalerweise die Dichte ableiten, und die Forschenden können sich ein Bild davon machen, woraus er besteht.

«Bei Mini-Neptunen reicht die Dichte jedoch nicht aus, und es gibt noch einige Hypothesen über die Zusammensetzung der Planeten: Es könnte sich entweder um Gesteinsplaneten mit viel Gas handeln oder um Planeten, die reich an Wasser sind und die eine sehr dampfige Atmosphäre haben», erklärt Ulmer-Moll. «Da die vier neu entdeckten Exoplaneten helle Sterne umkreisen, sind sie auch für die Mission des James Webb Space Telescope JWST von grösstem Interesse: Das JWST könnte helfen, das Rätsel ihrer Zusammensetzung zu lösen», so Ulmer-Moll weiter.

Die meisten bisher beobachteten Exoplaneten-Atmosphären sind die von Heissen Jupitern, welches sehr grosse und heisse Exoplaneten sind, die nahe an ihrem Mutterstern kreisen. «Die vier neuen Planeten, die wir entdeckt haben, haben viel moderatere Temperaturen von ’nur‘ 217 bis 277ºC. Bei diesen Temperaturen können Wolken und Moleküle überleben, die andernfalls durch die grosse Hitze der Heissen Jupiter zerstört würden. Und sie könnten möglicherweise vom JWST entdeckt werden», erklärt Osborn. Die vier neu entdeckten Planeten, die kleiner sind als Heisse Jupiter und eine längere Umlaufzeit haben, sind ein erster Schritt zur Beobachtung von erdähnlichen Transitplaneten.

CHEOPS – Auf der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten
Die CHEOPS-Mission (CHaracterising ExOPlanet Satellite) ist die erste der neu geschaffenen «S-class missions» der ESA – Missionen der kleinen Klasse mit einem Budget, das kleiner ist als das von grossen und mittleren Missionen, und mit einer kürzeren Zeitspanne von Projektbeginn bis zum Start.

CHEOPS widmet sich der Charakterisierung von Exoplaneten-Transiten. Dabei misst CHEOPS die Helligkeitsänderungen eines Sterns, wenn ein Planet vor diesem Stern vorbeizieht. Aus diesem Messwert lässt sich die Grösse des Planeten ableiten und mit bereits vorhandenen Daten daraus die Dichte bestimmen. So erhält man wichtige Informationen über diese Planeten – zum Beispiel, ob sie überwiegend felsig sind, aus Gasen bestehen oder ob sich auf ihnen tiefe Ozeane befinden. Dies wiederum ist ein wichtiger Schritt, um zu bestimmen ob auf einem Planeten lebensfreundliche Bedingungen herrschen.

CHEOPS wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der ESA und der Schweiz entwickelt. Unter der Leitung der Universität Bern und der ESA war ein Konsortium mit mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren aus elf europäischen Nationen während fünf Jahren am Bau des Satelliten beteiligt.

CHEOPS hat am Mittwoch, 18. Dezember 2019 an Bord einer Sojus-Fregat-Rakete vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch-Guyana, seine Reise ins Weltall angetreten. Seither umkreist CHEOPS die Erde innerhalb von ungefähr anderthalb Stunden in einer Höhe von 700 Kilometer entlang der Tag-Nacht-Grenze.

Der Bund beteiligt sich am CHEOPS-Teleskop im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d’EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Über dieses Programm können national Beiträge für Wissenschaftsmissionen durch Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und gebaut werden. Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie verschafft dem Werkplatz Schweiz letztlich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – und er ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfliessen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft erbringen.

Mehr Informationen: https://cheops.unibe.ch/de/.

Publikationen:
Two Warm Neptunes transiting HIP 9618 revealed by TESS & Cheops by H. P. Osborn et al. is published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
doi.org/10.1093/mnras/stad1319, https://academic.oup.com/mnras/article/523/2/3069/7191657
TOI-5678 b: a 48-day transiting Neptune-mass planet characterized with CHEOPS and HARPS by S. Ulmer-Moll et al. is published in Astronomy & Astrophysics.
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/06/aa45478-22/aa45478-22.html
Refined parameters of the HD 22946 planetary system and the true orbital period of the planet d by Z. Garai et al. is published in Astronomy & Astrophysics.
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/06/aa45943-23/aa45943-23.html
TESS and CHEOPS Discover Two Warm Mini-Neptunes Transiting the Bright K-dwarf HD15906 by A. Tuson et al. is published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
doi.org/10.1093/mnras/stad1369, https://academic.oup.com/mnras/article/523/2/3090/7191658

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• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

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Quelle: Universität Bern 9. März 2023.

Am 7. März 2023 bestätigte der Ausschuss für das Wissenschaftsprogramm der ESA die Fortsetzung des Betriebs bis 2026 und eine indikative Verlängerung bis 2029, abhängig von den laufenden Verpflichtungen der nationalen Förderer und Partner. Seit seinem Launch im Dezember 2019 haben die äußerst präzisen Messungen des Satelliten zu mehreren wichtigen Entdeckungen auf dem Gebiet der Exoplanetenforschung beigetragen. Die Verlängerung wird es ermöglichen, diese faszinierenden Welten im Orbit anderer Sterne noch genauer zu untersuchen.

Im Gegensatz zu früheren Satelliten, die neue Exoplaneten – Planeten, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen – durch die gleichzeitige Beobachtung von zehntausenden Sternen aufspüren sollten, wurde CHEOPS für die Beobachtung einzelner Sterne optimiert und zielt auf diejenigen, von denen bereits bekannt ist, dass sie Exoplaneten beherbergen. Ziel von CHEOPS ist es daher, über eine bloße Bestandsaufnahme von Exoplaneten hinauszugehen und einige ihrer Haupteigenschaften, insbesondere ihre Größe, mit äußerster Präzision zu messen. Diese Präzision ermöglicht es den Astronomen, Rückschlüsse auf die Zusammensetzung dieser Planeten zu ziehen: Die Kombination der CHEOPS-Größenmessung mit der zuvor bekannten Planetenmasse ergibt die Dichte. Dichte Planeten wie die Erde bestehen hauptsächlich aus Gestein und Metallen, während Planeten mit geringer Dichte wie der Jupiter hauptsächlich aus Gas bestehen. Da diese Zusammensetzungen das Ergebnis des Planetenentstehungsprozesses sind, öffnet deren Kenntnis ein Fenster zur Geschichte der Planetensysteme und setzt unser eigenes Sonnensystem in einen größeren Kontext.

Die Beobachtung der Eigenschaften von Exoplaneten
„In dieser Hinsicht war die Mission äußerst erfolgreich“, betont Willy Benz, emeritierter Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Leiter des CHEOPS-Konsortiums, „die Präzision von CHEOPS hat alle Erwartungen übertroffen und es uns ermöglicht, die Eigenschaften mehrerer der interessantesten Exoplaneten zu bestimmen.“

So haben die Forschenden des CHEOPS-Teams durch genaue Beobachtung der Helligkeitsveränderungen beim Vorbeiziehen des Planeten WASP-103b an seinem Stern festgestellt, dass der Planet durch die starke Schwerkraft des nahen Sterns in die Form eines Rugbyballs verformt wird. Planeten dieser Art sind so heiß, dass CHEOPS ihr Leuchten auch auf ihrer Umlaufbahn erkennen konnte. „Das mit CHEOPS bei dem Planeten WASP-189b entdeckte Leuchten beträgt nur ein paar Millionstel des vom Stern ausgesandten Lichts und hängt mit der Temperatur der Planetenatmosphäre sowie deren Wolkenbedeckung zusammen. Damit ist klar, dass CHEOPS viel mehr kann als ’nur‘ die Größe von Planeten zu messen“, erklärt Prof. David Ehrenreich von der Universität Genf, Co-Leiter des internationalen Teams von über hundert Wissenschaftlern, die an der Auswertung der Mission beteiligt sind.

Verlängerung der Mission verspricht weitere faszinierende Entdeckungen
Die Hauptmission von CHEOPS war für eine Dauer von dreieinhalb Jahren, also bis September 2023, angelegt. Die herausragende Qualität der wissenschaftlichen Ergebnisse der Mission wird durch die Veröffentlichung von mehr als fünfzig auf CHEOPS-Daten basierenden wissenschaftlichen Artikeln in internationalen Fachzeitschriften belegt. Der Satellit wurde inmitten einer weltweiten Pandemie erfolgreich betrieben, und sein Gesundheitszustand ist im Hinblick auf die rauen Bedingungen im Weltraum, wo er ständig von kosmischer und hochenergetischer Strahlung bombardiert wird, ausgezeichnet. All diese Faktoren haben das CHEOPS-Team dazu veranlasst, eine Verlängerung der Mission über das Jahr 2023 hinaus vorzuschlagen.

Die Verlängerung des CHEOPS-Betriebs wurde nun vom Ausschuss für das Wissenschaftsprogramm der ESA bis mindestens 2026 genehmigt, vorausgesetzt, die nationalen Förderer und Partner leisten weiterhin Unterstützung. Die Mitglieder des CHEOPS-Teams stammen aus 40 Institutionen in ganz Europa: Neben der ESA haben sich 11 Länder, darunter die Schweiz in einer führenden Rolle, zusammengeschlossen, um das Teleskop zwischen 2012 und 2019 zu finanzieren und zu bauen. „CHEOPS kann für die Verlängerung der Mission weiterhin auf die starke Unterstützung der beteiligten Finanzierungsagenturen zählen, darunter auch der Schweiz, deren führende Rolle bei der CHEOPS-Mission (einschließlich des verlängerten Betriebs) durch ihre Mitgliedschaft in der ESA und ihre Teilnahme am PRODEX-Programm ermöglicht wird“, sagt Oliver Botta, Vorsitzender des CHEOPS-Lenkungsausschusses.

Mit der nun genehmigten Missionsverlängerung plant das CHEOPS-Team, den Satelliten weiterhin für seine Kernaufgaben einzusetzen aber gleichzeitig auch neue Beobachtungsmethoden auszuprobieren. „Wir haben bisher nur an der Oberfläche von CHEOPS‘ Fähigkeiten gekratzt. Der Satellit bietet noch viel mehr wissenschaftliche Möglichkeiten, und wir freuen uns darauf, diese während der Verlängerung auszuloten“, erklärt Benz. „Ein sehr spannendes Ergebnis wäre die Entdeckung des ersten Exomonds“, verrät Ehrenreich. „Viele Planeten in unserem Sonnensystem haben Monde. Wir erwarten deshalb, dass wir diese auch in der Umlaufbahn von Exoplaneten finden werden, und wir beobachten bereits einige Kandidaten. Es ist jedoch schwierig, Exomonde zu entdecken, weil sie sehr klein und ihre Signaturen daher eher schwach sind. CHEOPS ist jedoch präzise genug, um Exomonde in der Größe des Planeten Mars zu finden, der doppelt so groß ist wie unser Mond. Wenn solche Exomonde in den von uns beobachteten Systemen existieren, könnten wir sie während der verlängerten Mission finden.“

Eine einzigartige Rolle im Bereich der Weltraummissionen
Ein weiteres einzigartiges Merkmal von CHEOPS ist die Fähigkeit, seine Kräfte mit anderen Weltraummissionen wie dem James Webb Space Telescope (JWST), einem Gemeinschaftsprojekt der NASA und der ESA, zu kombinieren. CHEOPS kann unser Wissen über bereits bekannte Exoplaneten verfeinern und so die besten Kandidaten für Atmosphärenbeobachtungen mit JWST auswählen. „Dank der Resultate von CHEOPS haben wir wertvolle JWST-Beobachtungszeit erhalten, um die Planeten des Systems TOI-178 zu betrachten und ihre atmosphärische Zusammensetzung zu bestimmen. Dies wird uns helfen, die dynamische Geschichte dieses Systems zu verstehen“, erklärt Prof. Yann Alibert von der Universität Bern. Alibert koordiniert ein CHEOPS-Programm, das sich mit der Verfolgung von multiplanetaren Systemen befasst, die vom NASA-Satelliten TESS entdeckt wurden. „Dies ist ein Beispiel für die große Synergie zwischen CHEOPS und anderen Missionen: TESS fand ursprünglich drei Planeten, die den Stern TOI-178 umkreisen. Als CHEOPS dieses System untersuchte, entdeckte es drei weitere Planeten und zeigte eine außergewöhnliche und zerbrechliche Orbitalharmonie. Das führte uns zur Annahme, dass dieses System seit Milliarden von Jahren ungestört ist“, erklärt Alibert.

„Die Forschung ist gespannt, welche überraschenden Ergebnisse CHEOPS als nächstes hervorbringen wird; nun steht fest, dass CHEOPS noch jahrelang neue Entdeckungen machen kann“, so Benz abschließend.

CHEOPS – Auf der Suche nach potenziell lebensfreundlichen Planeten
Die CHEOPS-Mission (CHaracterising ExOPlanets Satellite) ist die erste der neu geschaffenen «S-class missions» der ESA – Missionen der kleinen Klasse mit einem Budget, das kleiner ist als das von großen und mittleren Missionen, und mit einer kürzeren Zeitspanne von Projektbeginn bis zum Start.

CHEOPS widmet sich der Charakterisierung von Exoplaneten-Transiten. Dabei misst CHEOPS die Helligkeitsänderungen eines Sterns, wenn ein Planet vor diesem Stern vorbeizieht. Aus diesem Messwert lässt sich die Größe des Planeten ableiten und mit bereits vorhandenen Daten daraus die Dichte bestimmen. So erhält man wichtige Informationen über diese Planeten – zum Beispiel, ob sie überwiegend felsig sind, aus Gasen bestehen oder ob sich auf ihnen tiefe Ozeane befinden. Dies wiederum ist ein wichtiger Schritt, um zu bestimmen ob auf einem Planeten lebensfreundliche Bedingungen herrschen.

CHEOPS wurde im Rahmen einer Partnerschaft zwischen der ESA und der Schweiz entwickelt. Unter der Leitung der Universität Bern und der ESA war ein Konsortium mit mehr als hundert Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Ingenieurinnen und Ingenieuren aus elf europäischen Nationen während fünf Jahren am Bau des Satelliten beteiligt.

CHEOPS hat am Mittwoch, 18. Dezember 2019 an Bord einer Sojus-Fregat-Rakete vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou, Französisch-Guyana, seine Reise ins Weltall angetreten. Seither umkreist CHEOPS die Erde innerhalb von ungefähr anderthalb Stunden in einer Höhe von 700 Kilometer entlang der Tag-Nacht-Grenze.

Der Bund beteiligt sich am CHEOPS-Teleskop im Rahmen des PRODEX-Programms (PROgramme de Développement d’EXpériences scientifiques) der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Über dieses Programm können national Beiträge für Wissenschaftsmissionen durch Projektteams aus Forschung und Industrie entwickelt und gebaut werden. Dieser Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie verschafft dem Werkplatz Schweiz letztlich auch einen strukturellen Wettbewerbsvorteil – und er ermöglicht, dass Technologien, Verfahren und Produkte in andere Märkte einfließen und so einen Mehrwert für unsere Wirtschaft erbringen.

Mehr Informationen: https://cheops.unibe.ch/de/.

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• Weltraumteleskop Cheops – CHaracterising ExOPlanets Satellite

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Quelle: AIP 28. Februar 2023.

28. Februar 2023 – Das Team stellt nun in der ersten einer Reihe von Veröffentlichungen in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics genaue Werte für 54 spektroskopische Parameter pro Stern vor und veröffentlicht alle Daten für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Die beispiellos große Anzahl von Parametern ist für die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Sterne und ihren möglichen Planeten unerlässlich.

Sterne erzählen Geschichten über sich selbst, und manchmal auch über ihre unentdeckten Planeten. Ihre Sprache ist das Licht: Sternenlicht verrät viele physikalische Eigenschaften eines Sterns, wie seine Temperatur, seinen Druck, seine Bewegung, seine chemische Zusammensetzung und vieles mehr. Forschende lesen das Sternenlicht mit einer Methode namens quantitative Absorptionsspektroskopie. Dazu fangen Teleskope das Sternenlicht ein und Spektrographen zerlegen es nach Wellenlängen in ein regenbogenartiges Spektrum, das den Fingerabdruck des Lichts des Sterns darstellt. Sind diese Parameter bekannt, dienen sie der Überprüfung von theoretischen Modellen von Sternen. Dabei stellt sich oft heraus, dass die Modelle Schwächen haben oder dass die Beobachtungen der Sternspektren noch zu ungenau sind.

Manchmal zeigt sich aber auch, dass ein Stern eine überraschende Geschichte bereithält. Das hat das Team motiviert, eine ultrapräzise Untersuchung von möglichen Planeten beherbergenden Sternen durchzuführen. „Da sich Sterne und ihre Planeten gemeinsam bilden, stellte sich die Frage, ob das Vorhandensein bestimmter chemischer Elemente in einer Sternatmosphäre oder ihr Isotopen- oder Häufigkeitsverhältnis auf ein Planetensystem hinweist“, erklärt Prof. Klaus G. Strassmeier, Hauptautor, Direktor am AIP und Leiter der Untersuchung. Die Mengen verschiedener chemischer Elemente in einem Stern könnten darauf hindeuten, dass der Stern terrestrische Planeten hat (felsige Welten wie die Erde oder den Mars). Auch für das Alter der Planeten und dass der Stern einige seiner Planeten „gefressen“ hat, können die Sternspektren verraten, so die Hypothese. Dies muss noch weiter untersucht werden und die nun veröffentlichten Daten bilden die Grundlage dazu.

Von den über 5000 bestätigten Exoplaneten (Planeten, die andere Sterne als die Sonne umkreisen) wurden 75 % vom Weltraum aus entdeckt, indem man beobachtete, wie die vorbeiziehenden Planeten das Licht ihres Sterns reduzierten. Der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA hat auf genau diese Weise Exoplaneten gefunden. Dabei wurden mehr Exoplaneten in den Bereichen des Himmels gefunden, die am weitesten von der Ekliptik (der Ebene, in der die Erde die Sonne umkreist) entfernt sind, die so genannten ekliptikalen Pole. Observatorien auf der Nordhalbkugel können den nördlichen Ekliptikpol beobachten, und die Durchmusterung von Sternen innerhalb dieser Region wird als Vatican-Potsdam Northern Ecliptic Pole (VPNEP) bezeichnet.

Die Durchmusterung konzentrierte sich auf das reichhaltigste Beobachtungsfeld von TESS, einem Himmelsbereich, der etwa 4000 mal so groß ist wie der Vollmond. Alle etwa 1100 darin enthaltenen Sterne, die möglicherweise von Planeten umgeben sind, wurden untersucht. Bis zu 1,5 Stunden Teleskopzeit waren pro Stern nötig, um genug Licht für ein einziges hochwertiges Spektrum einzufangen. Da jeder Stern mehrmals beobachtet wurde, dauerte es fünf Jahre, bis die Durchmusterung abgeschlossen war.

Die Beobachtungen bedienten sich der Teleskope an zwei Standorten: In Arizona kam das Vatican Advanced Technology Telescope (VATT) des Vatikan-Observatoriums, bestehend aus dem Alice P. Lennon Teleskop und seiner Thomas. J. Bannan Astrophysics Facility, zum Einsatz und leitete das Licht zum Spektrographen des AIP, dem Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) weiter. Sie nahmen Spektren von Zwergsternen mit noch nie dagewesener Präzision auf. Auf Teneriffa nutzte das STELLA-Observatorium (STELLar Activity) des AIP den STELLA-Echelle-Spektrographen, um das Licht von Riesensternen mit geringerer, aber immer noch hoher Präzision einzufangen.

Dr. Martina Baratella, eine der an der Untersuchung beteiligten Postdoktorandinnen des AIP, kommentiert: „Die Spektren enthüllen Elemente, die zu jenen gehören, die am schwierigsten zu beobachten sind.“ Häufigkeitsverhältnisse von Elementen wie Kohlenstoff zu Eisen oder Magnesium zu Sauerstoff geben Hinweise auf die Existenz und das Alter von sonst unsichtbaren Gesteinsplaneten. Prof. Strassmeier fügt hinzu: „Es wird noch einige Zeit dauern, bis die Daten der Durchmusterung vollständig ausgewertet sind. Aber wir erwarten, dass wir bald weitere Entdeckungen bekannt geben können.“

Weitere Informationen
Das Team der Durchmusterung (VPNEP-Team):
AIP: K. G. Strassmeier, M. Weber, D. Gruner, I. Ilyin, M. Steffen, M. Baratella, S. Järvinen, T. Granzer, S. A. Barnes, T. A. Carroll, M. Mallonn, D. Sablowski.
VO: P. Gabor, D. Brown, C. Corbally, M. Franz

Mehr Informationen zu PEPSI, STELLA und das VATT:
https://pepsi.aip.de / https://stella.aip.de/
https://www.vaticanobservatory.org/

Originalveröffentlichung:
K. G. Strassmeier, M. Weber, D. Gruner, I. Ilyin, M. Steffen, M. Baratella, S. Järvinen, T. Granzer, S. A. Barnes, T. A. Carroll, M. Mallonn, D. Sablowski, P. Gabor, D. Brown, C. Corbally, and M. Franz, VPNEP: Detailed characterization of TESS targets around the Northern Ecliptic Pole. I. Survey design, pilot analysis, and initial data release, A&A, in press; doi.org/10.1051/0004-6361/202245255; https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/03/aa45255-22/aa45255-22.html.

Technische Einzelheiten:
Das NEP-Feld (Northern Ecliptic Pole) umfasst etwa 770 Quadratgrad mit etwa 1100 Sternen, die heller als 8,5 Magnituden sind.

Spektren von Zwergsternen wurden mit dem VATT und PEPSI mit einer spektralen Auflösung von l/Dl=200.000 aufgenommen. Spektren von Riesensternen nahmen STELLA und SES mit einer Auflösung von l/Dl=55.000 auf.

Die Spektren decken alle optischen Wellenlängen ab.

Die Ergebnisse der Studie umfassen die folgenden stellaren astrophysikalischen Parameter: Temperatur, Schwerkraft, Metallizität, atmosphärische Mikro- und Makroturbulenz, Radial- und Rotationsgeschwindigkeit, Bisektor-Geschwindigkeitsspanne, konvektive Blauverschiebung, chemische Häufigkeiten, Masse und Alter. Chemische Häufigkeiten wurden für 27 Elemente abgeleitet, darunter Lithium, viele refraktäre Elemente und die Kernfusionsmoderatoren CNO. Isotopenverhältnisse wurden nur für Lithium und Kohlenstoff bestimmt. Zu den schwer zu ermittelnden stellaren Parametern gehören die äquatoriale Rotationsgeschwindigkeit und die magnetische Aktivität der Atmosphäre. Die Durchmusterung liefert nicht nur Rotationsgeschwindigkeiten aus zwei verschiedenen Techniken, sondern auch die absoluten Emissionslinienflüsse der Chromosphären dieser Sterne, die gut miteinander verknüpft sind. In Kombination mit den Parametern Radius und Metallizität und ergänzt durch die Parallaxen der ESA-Mission Gaia lassen sich damit enge Grenzen für stellare Entwicklungsmodelle und deren Physik setzen. Häufigkeitsverhältnisse wie C/Fe oder Mg/O deuten auf die Existenz und das Alter von ansonsten unsichtbaren Gesteinsplaneten hin.

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• Astronomie im Vatikan

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 25. November 2022.

25. November 2022 – Während seine Größe dem Durchmesser des Jupiters entspricht, beträgt die Masse von HD 114082 b das Achtfache des Jupiters. Zusammengenommen sind diese beiden Größen schwer mit den weithin akzeptierten Modellen der Planetenentstehung zu vereinbaren. Eine mögliche Lösung dieses Rätsels könnte eine Aktualisierung der Entstehungsmodelle erfordern, um einen ungewöhnlich großen festen Planetenkern zu erlauben.

Astronomen haben mehr als 5.000 Exoplaneten entdeckt, von denen etwa 15 % Gasriesen mit einer Masse von mindestens der des Jupiters sind. Nun entdeckte eine Gruppe von Astronomen und Astronominnen unter der Leitung von Olga Zakhozhay (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland, und Astronomisches Haupt­observatorium der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Kiew, Ukraine) einen Exoplaneten mit dem Namen HD 114082 b, der eine Reihe von Eigenschaften aufweist, die den Wissenschaftlern Kopfzerbrechen bereiten.

Der Planet ist etwa so groß wie der Jupiter, aber seine Masse erreicht acht Jupitermassen. „Verglichen mit derzeit akzeptierten Modellen ist HD 114082 b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, sagt Olga Zakhozhay, die Hauptautorin der Studie. Die sich daraus ergebende mittlere Dichte dieses Gasplaneten ist doppelt so hoch wie die der Erde – was wirklich bemerkenswert ist. Schließlich ist die Erde ein Gesteinsplanet mit einem Eisen-Nickel-Kern und besteht nicht aus Wasserstoff und Helium, den leichtesten Elementen im Universum, aus denen Jupiter nahezu ausschließlich aufgebaut ist.

„HD 114082 b ist derzeit der jüngste bekannte Gasriesenplanet mit einer ermittelten Masse und einem ermittelten Radius“, so Zakhozhay. Daher verspricht er, den Astronomen etwas über die Entstehung von Gasriesen im Allgemeinen zu lehren.

Zwei verschiedene Mechanismen der Planetenentstehung
„Wir denken, dass sich Riesenplaneten auf zwei Arten bilden können“, sagt Ralf Launhardt, Mitautor vom MPIA. „Beide finden innerhalb einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub statt, die sich um einen jungen Zentralstern verteilt.“ Beim ersten Prozess, der als „Kernakkretion“ bezeichnet wird, sammelt sich zunächst ein fester Kern aus Gesteins­material an. Sobald dieser eine kritische Masse erreicht hat, zieht seine Gravitationskraft das umgebende Gas an, was zur raschen Anhäufung von Wasserstoff und Helium führt, wodurch ein Riesenplanet entsteht. Beim zweiten Vorgang, der „Scheibeninstabilität“ genannt wird, kollabieren gravitativ instabile Pakete aus dichtem Gas direkt und bilden einen Riesenplaneten ohne Gesteinskern.

Je nach den für diese beiden Szenarien getroffenen Annahmen sollte das Gas unterschiedlich schnell abkühlen, was die Temperatur junger Gasriesenplaneten bestimmt. Daher können die neuen Planeten einen „kalten Beginn“ oder einen „heißen Beginn“ durchlaufen, was zu beobachtbaren Unterschieden führt, die möglicherweise zwischen diesen Modellen unterscheiden können, insbesondere in jungen Jahren.

Die bevorzugten Modelle passen nicht
Derzeit bevorzugen viele Astronomen und Astronominnen ein Kernakkretions-Szenario mit einem heißen Beginn für Riesenplaneten wie HD 114082 b. Da heißes Gas ein größeres Volumen einnimmt als kaltes Gas, sollte man merkliche Unterschiede in den Größen der beobachteten Planeten feststellen. Dieser Größenunterschied ist bei jungen Planeten stärker ausgeprägt. In den ersten Hunderten von Millionen Jahren der Abkühlung nach der Entstehung verringert sich dieser Effekt jedoch.

Auf den ersten Blick widerspricht HD 114082 b den Erwartungen. Die Kombination aus Masse und Größe passt nicht zum Bild des heißen Beginns. Stattdessen entspricht er eher dem Szenario des kalten Beginns. Interessanterweise zeigen einige etwas ältere Kandidaten, die in anderen Studien genannt wurden, das gleiche Verhalten. „Es ist viel zu früh, um die Vorstellung eines heißen Anfangs aufzugeben“, erklärt Ralf Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten noch nicht sehr gut verstehen.“ Es ist klar, dass HD 114082 b im Vergleich zu den aktuellen Modellen zu klein für seine Masse ist. Entweder hat er einen ungewöhnlich großen festen Kern, oder die Modelle sind falsch und unterschätzen die Rate, mit der diese Gasriesen abkühlen können – oder beides.

Der Nutzen von Langzeitprojekten
Die Entdeckung von HD 114082 b ist das Ergebnis eines umfangreichen Beobachtungsprogramms namens RVSPY (Radial Velocity Survey for Planets around Young stars). Derzeit umfasst es 775 Beobachtungsstunden mit dem vom MPIA betriebenen 2,2-Meter-Teleskop der ESO/MPG am Standort La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile, die sich über 4,5 Jahre verteilen. RVSPY ist ein gutes Beispiel für ertragreiche astronomische Forschung, die an Teleskopen mit dauerhaftem Zugang über einen langen Zeitraum durchgeführt wird. Solche Studien wären mit den neuesten Teleskopen kaum möglich, da die Beobachtungszeit pro Projekt aufgrund der hohen Nachfrage stark begrenzt ist.

Ziel von RVSPY ist es, die Anzahl und Verteilung der (heißen, warmen und kalten) Riesenplaneten um junge Sterne aufzudecken. Zu diesem Zweck nehmen die Astronomen und Astronominnen Zeitreihen von Spektren von 111 jungen Sternen auf, d. h. sie zerlegen das Sternenlicht in seine grundlegenden Farbkomponenten, ähnlich wie wir es bei einem Regenbogen sehen. Winzige periodische Verschiebungen in den Sternspektren können auf eine Taumelbewegung des beobachteten Sterns hinweisen, die durch die Anziehungskraft eines ihn umkreisenden Planeten verursacht wird. Grundsätzlich kann die Aktivität der Sterne, wie Pulsationen oder Flares, die Messungen beeinträchtigen, insbesondere bei jungen Sternen wie HD 114082. Die Qualität der RVSPY-Daten ist jedoch gut genug, um das Signal des wankenden Sterns zweifelsfrei zu erkennen. Das Team bezog auch ältere Archivdaten von anderen Teleskopen ein, um die Abdeckung in die Vergangenheit auszudehnen.

Ein Transit-Ereignis vervollständigt die Analyse
Während die Astronomen diese so genannte Radialgeschwindigkeits­methode anwenden, um auf die Masse und die Umlaufzeit eines Planeten um seinen Zentralstern zu schließen, müssen sie zur Bestimmung seiner Größe auf eine andere Technik zurückgreifen. Nehmen wir an, dass die Planetenbahn so ausgerichtet ist, dass sie zufällig den Zentralstern kreuzt. Man nennt ein solches Ereignis einen „Transit“. Wenn dies geschieht, lässt sich aufgrund der periodisch auftretenden winzigen Abschwächung des empfangenen Lichts während der Transits der Radius des Planeten berechnen und seine Umlaufdauer genauer bestimmen.

„Wir vermuteten bereits eine Konfiguration der Planetenbahn, die fast auf der Seite liegt, da vor einigen Jahren ein Ring aus Staub um HD 114082 entdeckt wurde“, sagt Olga Zakhozhay. „Dennoch hatten wir das Glück, in den TESS-Daten eine Beobachtung mit einer beeindruckenden Transitlichtkurve zu finden, die unsere Analyse verbesserte.“ TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ist eine NASA-Raumsonde, die nach Exoplaneten um Sterne in relativer Nähe zur Erde sucht.

Durch die Kombination dieser Messungen fanden Zakhozhay und ihre Kollegen heraus, dass HD 114082 b seinen sonnenähnlichen Mutterstern innerhalb von 110 Tagen in einem Abstand von etwa 0,5 Astronomischen Einheiten umkreist. Eine Astronomische Einheit ist der mittlere Abstand zwischen der Sonne und der Erde. Sie ähnelt damit der Umlaufbahn des Merkurs um unsere Sonne.

Bessere Modelle werden benötigt
HD 114082 b ist einer von nur drei jungen Riesenplaneten mit einem Alter von bis zu 30 Millionen Jahren, deren Masse und Größe bekannt sind. Und alle stehen wahrscheinlich im Widerspruch zu den am häufigsten angenommenen Modellen für den heißen Beginn. Obwohl die Astronomen und Astronominnen mit drei Planeten auf eine Statistik mit niedrigen Zahlen zurückgreifen, ist es unwahrscheinlich, dass alle diese Planeten Ausreißer sind. „Zwar werden mehr solcher Planeten benötigt, um diesen Trend zu bestätigen, aber wir glauben, dass Theoretiker ihre Berechnungen erneut überdenken sollten“, so Zakhozhay. „Es ist spannend, wie unsere Beobachtungsergebnisse in die Theorie der Planeten­bildung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese Riesenplaneten entstehen, und zeigen uns, wo die Lücken in unserem Verständnis liegen.“

Hintergrundinformationen
Die an dieser Studie beteiligten MPIA-Forscher sind Olga V. Zakhozhay (außerdem Astronomisches Hauptobservatorium der Nationalen Akademie der Wissenschaften der Ukraine, Kiew, Ukraine), Ralf Launhardt, Trifon Trifonov, Martin Kürster, Thomas Henning und Gabriel-Dominique Marleau (außerdem Universität Duisburg-Essen, Deutschland; Universität Tübingen, Deutschland; Universität Bern, Schweiz).

Originalpublikation:
Olga V. Zakhozhay et al., „Radial Velocity Survey for Planets around Young stars (RV SPY): A transiting warm Super-Jovian planet around HD 114082, a young star with a debris disk“, Astronomy & Astrophysics, 667, L14 (2022), doi: 10.1051/0004-6361/202244747, https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202244747, pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2022/11/aa44747-22.pdf.

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• Exoplaneten

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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: ESO.

20. April 2022. „Wir haben erstmalig ein Phänomen entdeckt und identifiziert, das wir als Mikronova bezeichnen“, erklärt Simone Scaringi, Astronom an der Durham University in Großbritannien, der die heute in Nature veröffentlichte Studie über diese Explosionen geleitet hat. „Dieses Ereignis stellt unser Verständnis davon in Frage, wie thermonukleare Explosionen in Sternen ablaufen. Bisher dachten wir, wir wüssten das, aber diese Entdeckung zeigt einen völlig neuen Mechanismus auf“, fügt er hinzu.

Mikronovae sind extrem starke Ereignisse, aber in astronomischen Maßstäben klein; sie sind viel weniger energiereich als die als Novae bekannten Sternexplosionen, die Astronomen seit Jahrhunderten kennen. Beide Arten von Explosionen ereignen sich auf Weißen Zwergen, toten Sternen mit einer Masse, die etwa der unserer Sonne entspricht, aber so klein wie die Erde sind.

Ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem kann seinem Begleitstern Material, vor allem Wasserstoff, entreißen, wenn sie nahe genug beieinander sind. Wenn dieses Gas auf die sehr heiße Oberfläche des Weißen Zwergsterns fällt, werden die Wasserstoffatome explosionsartig zu Helium fusioniert. Bei Novae finden diese thermonuklearen Explosionen auf der gesamten Sternoberfläche statt. „Solche Detonationen lassen die gesamte Oberfläche des Weißen Zwerges brennen und mehrere Wochen lang hell leuchten“, erklärt Mitautorin Nathalie Degenaar, Astronomin an der Universität von Amsterdam, Niederlande.

Mikronovae sind ähnliche Explosionen, die kleiner und schneller sind und nur einige Stunden dauern. Sie treten bei einigen Weißen Zwergen mit starken Magnetfeldern auf, die Material in Richtung der magnetischen Pole des Sterns schleudern. „Wir haben jetzt zum ersten Mal gesehen, dass die Wasserstofffusion auch lokal begrenzt stattfinden kann. An der Basis der Magnetpole einiger Weißer Zwerge kann der Wasserstoffbrennstoff festgehalten werden, so dass die Fusion nur an diesen Magnetpolen stattfindet“, sagt Paul Groot, Astronom an der Radboud Universität in den Niederlanden und Mitautor der Studie.

„Das führt dazu, dass Mikrofusionsbomben gezündet werden, die etwa ein Millionstel der Stärke einer Novaexplosion haben, daher der Name Mikronova“, so Groot weiter. Auch wenn der Begriff »mikro« vermuten lässt, dass es sich um kleine Ereignisse handelt, sollte man sich nicht täuschen: Ein einziger dieser Ausbrüche kann etwa 20 000 000 Billionen kg Material verbrennen, das entspricht etwa 3,5 Milliarden Cheops-Pyramiden von Gizeh.

( -> Wir verwenden Billionen für eine Million Millionen (1.000.000.000.000 oder 10¹²) und Milliarden für tausend Millionen (1.000.000.000 oder 10⁹). Das Gewicht der Cheops-Pyramide von Gizeh in Kairo, Ägypten beträgt etwa 5.900.000.000 kg).

Diese neuen Mikronovae fordern das Verständnis der Astronominnen und Astronomen über Sternexplosionen heraus und kommen möglicherweise häufiger vor als bisher angenommen. „Das zeigt, wie dynamisch das Universum ist. Diese Ereignisse können tatsächlich recht häufig vorkommen, aber weil sie so schnell sind, ist ihre Beobachtung schwierig“, erklärt Scaringi.

Das Team stieß zum ersten Mal auf diese mysteriösen Mikroexplosionen, als es die Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA analysierte. „Bei der Durchsicht der von NASA TESS gesammelten astronomischen Daten entdeckten wir etwas Ungewöhnliches: einen hellen optischen Lichtblitz, der einige Stunden anhielt. Bei der weiteren Suche fanden wir mehrere ähnliche Signale“, sagt Degenaar.

Das Team beobachtete mit TESS drei Mikronovae: zwei davon stammten von bekannten Weißen Zwergen, aber der dritte erforderte weitere Beobachtungen mit dem X-Shooter-Instrument am VLT der ESO, um seinen Status als Weißer Zwerg zu bestätigen.

„Mit Hilfe des Very Large Telescope der ESO konnten wir feststellen, dass alle diese optischen Blitze von Weißen Zwergen erzeugt wurden“, sagt Degenaar. „Diese Beobachtung war entscheidend für die Interpretation unserer Ergebnisse und für die Entdeckung der Mikronovae“, fügt Scaringi hinzu.

Die Entdeckung der Mikronovae erweitert das Repertoire der bekannten Sternexplosionen. Das Team möchte nun weitere dieser schwer zugänglichen Ereignisse erfassen, was groß angelegte Durchmusterungen und schnelle Folgemessungen erfordert. „Die schnelle Reaktion von Teleskopen wie dem VLT oder dem New Technology Telescope der ESO und die Vielzahl der verfügbaren Instrumente werden es uns ermöglichen, diese mysteriösen Mikronovae im Detail zu entschlüsseln“, so Scaringi abschließend.

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.

Links

• Forschungsartikel (Nature)
• Folgeartikel (MNRAS)
• Fotos vom VLT

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• Weisse Zwerge

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Quelle: Universität Bern.

7. Januar 2022 – «Rote Zwerge» sind kleine Sterne und somit viel kühler als unsere Sonne. Um solche Sterne ist flüssiges Wasser auf Planeten möglich, die sich viel näher am Stern befinden als in unserem Sonnensystem. Die Entfernung zwischen einem Exoplaneten und seinem Stern ist ein entscheidender Faktor für seine Entdeckung: Je näher ein Planet bei seinem Wirtsstern ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass er entdeckt werden kann.

In einer Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde, berichten Forschende unter der Leitung von Nicole Schanche vom Center for Space and Habitability CSH der Universität Bern von der Entdeckung des Exoplaneten TOI-2257 b, der um einen nahen Roten Zwerg kreist. Nicole Schanche ist auch Mitglied beim Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS, den die Universität Bern gemeinsam mit der Universität Genf leitet.

Ein Spezialteleskop trägt zur Lösung bei
Exoplaneten, die sehr weit von unserem Sonnensystem entfernt sind, können nicht direkt mit einem Teleskop beobachtet werden – sie sind zu klein und reflektieren zu wenig Licht. Eine Möglichkeit, solche Planeten dennoch aufzuspüren, ist die sogenannte Transitmethode. Dabei wird mit Teleskopen nach Einbrüchen in der Helligkeit des Sterns gesucht, die entstehen, wenn ein Planet vor dem Stern vorbeizieht. Wiederholte Messungen dieses Helligkeitseinbruchs geben Aufschluss auf die Umlaufzeit des Planeten um den Stern. Die Intensität des Einbruchs ermöglicht es den Forschenden, den Durchmesser des Planeten zu bestimmen. Kombiniert mit Schätzungen der Planetenmasse aus anderen Methoden, wie zum Beispiel durch Messungen der Radialgeschwindigkeit, kann schließlich die Planetendichte berechnet werden.

Der Planet TOI-2257 b wurde zunächst durch Daten des Weltraumteleskops Transiting Exoplanet Survey Satellite TESS der NASA identifiziert. Der kleine Stern wurde zwar insgesamt vier Monate lang beobachtet, doch die Lücken zwischen den Beobachtungen bedeuteten, dass nicht klar war, ob der Helligkeitsabfall durch den Transit eines Planeten erklärt werden könnte mit einer Umlaufbahn von 176, 88, 59, 44 oder 35 Tagen.

Dank der Beobachtung des Sterns mit dem Las Cumbres Observatory Global Telescope konnte anschließend ausgeschlossen werden, dass ein Planet mit 59 Tagen Umlaufzeit den Helligkeitsabfall verursacht. «Als nächstes wollten wir herausfinden, ob die 35 Tage Umlaufzeit möglich sein könnten», erklärt die Erstautorin Nicole Schanche.

Das in Mexiko stationierte SAINT-EX-Teleskop, das das CSH und der NFS PlanetS mitbetreiben, wurde speziell für die genauere Beobachtung von Roten Zwergen und ihren Planeten entwickelt. SAINT-EX ist eine Abkürzung, die für Search And characterIsatioN of Transiting EXoplanets steht. Das Projekt wurde zu Ehren von Antoine de Saint-Exupéry (Saint-Ex), dem berühmten Schriftsteller, Dichter und Flieger, benannt. SAINT-EX beobachtete einen partiellen Transit von TOI-2257 b und konnte die genaue Umlaufzeit des Exoplaneten um seinen Stern bestätigen, nämlich 35 Tage. «Weitere 35 Tage später war SAINT-EX in der Lage, den gesamten Transit zu beobachten, was uns noch mehr Informationen zu den Eigenschaften des Systems lieferte», sagt Co-Autor Robert Wells vom CSH, der an der Datenverarbeitung beteiligt war.

Ein Planet mit unregelmäßiger Umlaufbahn
Mit seinen 35 Tagen Umlaufzeit umkreist TOI-2257 b den Wirtsstern in einem Abstand, in dem flüssiges Wasser auf dem Planeten möglich ist, und daher könnten förderliche Bedingungen für die Entstehung von Leben dort herrschen. Planeten in der so genannten «habitablen Zone» bei einem roten Zwergstern sind leichter zu untersuchen, da sie kürzere Umlaufzeiten haben und somit öfter zu beobachten sind. Der Radius von TOI-2257 b (2,2 Mal grösser als der der Erde) deutet darauf hin, dass der Planet eher gasförmig ist und ein hoher atmosphärischer Druck herrscht, der für die Entstehung von Leben nicht förderlich ist.

«Wir haben festgestellt, dass TOI-2257 b keine kreisförmige, konzentrische Umlaufbahn hat», erklärt Nicole Schanche. Es handle sich sogar um den exzentrischsten Planeten, der einen kühlen Stern umkreist, der je entdeckt worden sei. «Im Hinblick auf eine mögliche Bewohnbarkeit ist dies leider eine schlechte Nachricht», so Nicole Schanche weiter. «Während die durchschnittliche Temperatur des Planeten angenehm ist, schwankt sie zwischen -80 °C und etwa 100 °C, je nachdem wo auf seiner Umlaufbahn der Planet sich befindet, ob fern oder nah vom Stern.»

Eine mögliche Erklärung für diese überraschende Umlaufbahn sei, dass weiter außen im System ein riesiger Planet lauere und die Umlaufbahn von TOI 2257 b störe. Weitere Beobachtungen, bei denen die Radialgeschwindigkeit des Sterns gemessen wird, sollen helfen, die Exzentrizität zu bestätigen und nach möglichen zusätzlichen Planeten zu suchen, die nicht im Transit beobachtet werden konnten.

Kandidat für die Beobachtung mit JWST
Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), das am 25. Dezember 2021 erfolgreich gestartet ist, wird die Erforschung der Atmosphären von Exoplaneten revolutionieren. Um eine Priorisierung guter Kandidaten für Beobachtungen mit dem JWST zu ermöglichen, wurde eine sogenannte Transmissionsspektroskopie-Metrik (TSM) entwickelt, die verschiedene Systemeigenschaften gewichtet. TOI-2257 b ist in Bezug auf TSM gut positioniert und ist eines der attraktivsten Sub-Neptun-Ziele für weitere Beobachtungen. «Insbesondere könnte der Planet auf Anzeichen von Merkmalen wie Wasserdampf in der Atmosphäre untersucht werden», sagt Nicole Schanche abschließend.

Angaben zur Publikation:
Nicole Schanche et. Al., TOI-2257 b: A highly eccentric long-period sub-Neptune transiting a nearby M dwarf, Astronomy & Astrophysics DOI: 10.1051/0004-6361/202142280 https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/01/aa42280-21/aa42280-21.html

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• Exoplaneten in habitabler Zone

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Quelle: Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP).

5. August 2021 – Mit Hilfe von optischen, zeitaufgelösten Beobachtungen des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) haben Astronominnen und Astronomen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) in Zusammenarbeit mit Forschenden aus den USA und Spanien große Superflares auf jungen, kleinen Sternen untersucht. Diese Klasse von Sternen, auch „Rote Zwerge“ genannt, haben eine niedrigere Temperatur und Masse als unsere Sonne.

Viele Exoplaneten wurden um diese Art von Sternen entdeckt. Die Frage ist, ob diese Exoplaneten habitabel, also bewohnbar sind, denn Rote Zwerge sind aktiver als unsere Sonne und zeigen häufige und intensive Strahlungsausbrüche. Diese sogenannten Flares sind magnetische Explosionen in der Atmosphäre von Sternen, die intensive elektromagnetische Strahlung in den Weltraum schleudern. Große Flares sind mit der Aussendung von energiereichen Teilchen verbunden, die Exoplaneten um den ausbrechenden Stern treffen und deren Atmosphären verändern oder sogar zerstören können.

Ekaterina Ilin, Doktorandin am AIP, und das Team entwickelten eine Methode, um festzustellen, von wo auf der Oberfläche der Sterne die Flares entspringen. „Wir entdeckten, dass extrem große Flares in der Nähe der Pole von Roten Zwergen zünden und nicht an ihrem Äquator, wie es bei der Sonne typischerweise der Fall ist“, sagt Ilin. „Exoplaneten, die sich auf einer Bahn in der Ebene um den Äquator des Sterns bewegen, so wie die Planeten in unserem eigenen Sonnensystem, könnten daher weitgehend vor solchen Superflares geschützt sein, da diese nach oben oder unten aus dem Exoplanetensystem heraus gerichtet sind. Dies könnte die Aussichten für die Habitabilität von Exoplaneten um kleine Rote Zwerge verbessern. Sie wären sonst durch die energetische Strahlung und Teilchen, die mit Flares einhergehen, viel stärker gefährdet als Planeten in unserem Sonnensystem.“

Der Nachweis der polnahen Flares ist ein Beleg dafür, dass sich in der Nähe der Rotationspole von schnell rotierenden Sternen starke und dynamische Konzentrationen stellarer Magnetfelder bilden, die sich als dunkle Flecken und Flares manifestieren können. Die Existenz solcher „polaren Flecken“ wird seit langem durch indirekte Rekonstruktionstechniken wie (Zeeman) Doppler Imaging von Sternoberflächen vermutet, konnte aber bisher nicht direkt nachgewiesen werden. Dies gelang dem Team durch die Analyse von Weißlicht-Flares an schnell rotierenden M-Zwergsternen. Diese dauern lange genug an, um durch ihr Herein- und Herausrotieren auf der Sternoberfläche in ihrer Helligkeit moduliert zu werden. Die Autorinnen und Autoren konnten aus der Form der Lichtkurve direkt auf die geografische Breite der Flares schließen und zeigten außerdem, dass die Nachweismethode für alle Breitengrade gleichmäßig effizient ist. „Ich freue mich besonders, dass wir die Existenz der polaren Flecken bei solchen schnell rotierenden Sternen endlich gut belegen können. In der Zukunft wird uns dies helfen, die Magnetfeldstrukturen dieser Sterne besser zu verstehen“, ergänzt Katja Poppenhäger, Leiterin der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten.

Die Forschenden durchsuchten das gesamte Archiv der TESS-Beobachtungen nach Sternen, die große Flares aufweisen, indem sie die Lichtkurven von über 3000 Roten Zwergen auswerteten, die insgesamt über 400 Jahren Beobachtungszeit entsprechen. Unter diesen Sternen fanden sie vier, die für die neue Methode geeignet waren. Ihre Ergebnisse zeigen, dass alle vier Flares oberhalb von ∼55 Grad geografischer Breite auftraten, also viel näher am Pol als Eruptionen und -flecken, die bei unserer Sonne normalerweise unterhalb von 30 Grad auftreten. Selbst bei nur vier Flares ist dieses Ergebnis bedeutend: Wären die Flares gleichmäßig über die Sternoberfläche verteilt, würde die Wahrscheinlichkeit, gleich vier von ihnen in solch hohen Breitengraden zu finden, bei 1 zu 1000 liegen. Dies hat Auswirkungen auf Modelle der Magnetfelder von Sternen und auf die Habitabilität von Exoplaneten, die sie umkreisen.

Originalveröffentlichung

Ekaterina Ilin, Katja Poppenhaeger, Sarah J Schmidt, Silva P Järvinen, Elisabeth R Newton, Julián D Alvarado-Gómez, J Sebastian Pineda, James R A Davenport, Mahmoudreza Oshagh, Ilya Ilyin,

Giant white-light flares on fully convective stars occur at high latitudes,

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021.

DOI: https://arxiv.org/abs/2108.01917

Über das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

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• Sternentwicklung

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Quelle: ESON.

5. August 2021 – Zu den Entdeckungen gehört ein Planet mit der halben Masse der Venus – der leichteste Exoplanet, der je mit der Radialgeschwindigkeitsmethode gemessen wurde. Zusätzlich befindet sich in dem Planetensystem eine Wasserwelt und ein weiterer möglicher Planet in der sogenannten habitablen Zone.

„Der Planet in der bewohnbaren Zone könnte eine Atmosphäre haben, die Leben schützen und ermöglichen könnte“, sagt María Rosa Zapatero Osorio, Astronomin am Zentrum für Astrobiologie in Madrid, Spanien, und eine der Autorinnen der heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlichten Studie.

Die Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt auf der Suche nach Leben auf erdgroßen Planeten außerhalb des Sonnensystems. Die Entdeckung von Biosignaturen auf einem Exoplaneten hängt von der Fähigkeit ab, seine Atmosphäre zu untersuchen, aber die derzeitigen Teleskope sind nicht groß genug, um die für kleine Gesteinsplaneten erforderliche Auflösung zu erreichen. Das neu untersuchte Planetensystem, das nach seinem Stern L 98-59 benannt ist, ist ein attraktives Ziel für zukünftige Beobachtungen von Exoplanetenatmosphären. Es umkreist einen nur 35 Lichtjahre entfernten Stern und beherbergt nach bisherigen Erkenntnissen Gesteinsplaneten wie die Erde oder die Venus, die dem Stern nahe genug sind, um warm zu sein.

Mit Hilfe des VLT der ESO gelang es dem Team herauszufinden, dass drei der Planeten möglicherweise Wasser in ihrem Inneren oder in ihrer Atmosphäre enthalten. Die beiden Planeten im System L 98-59, die dem Stern am nächsten sind, sind wahrscheinlich trocken, könnten aber kleine Mengen Wasser enthalten, während der dritte Planet bis zu 30 % aus Wasser bestehen könnte und damit eine Wasserwelt wäre.

Darüber hinaus entdeckte das Team „versteckte“ Exoplaneten, die zuvor in diesem Planetensystem noch nicht gesichtet worden waren. Sie fanden einen vierten Planeten und vermuten, dass es einen fünften gibt, der sich in einer Zone befindet, die den richtigen Abstand zum Stern hat, damit auf seiner Oberfläche flüssiges Wasser existieren kann. „Wir haben Hinweise auf die Anwesenheit eines erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone dieses Systems“, erklärt Olivier Demangeon, Forscher am Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço der Universität Porto in Portugal und Hauptautor der neuen Studie.

Die Studie stellt einen technischen Durchbruch dar, da die Astronomen mithilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode feststellen konnten, dass der innerste Planet des Systems nur die Hälfte der Masse der Venus hat. Damit ist er der leichteste Exoplanet, der jemals mit dieser Technik gemessen wurde, die das Wackeln des Sterns ermittelt, das durch die winzige Gravitationskraft der ihn umkreisenden Planeten verursacht wird.

Zur Untersuchung von L 98-59 verwendete das Team den Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) am VLT der ESO. „Ohne die Präzision und Stabilität von ESPRESSO wäre diese Messung nicht möglich gewesen“, sagt Zapatero Osorio. „Dies ist ein Schritt nach vorn bei der Bestimmung der Massen von kleinen Planeten außerhalb des Sonnensystems.“

Die Astronomen entdeckten drei der Planeten von L 98-59 erstmals im Jahr 2019 mit Hilfe des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA. Dieser Satellit stützt sich auf eine Technik, die Transitmethode genannt wird. Dabei wird die durch einen vorbeiziehenden Planeten verursachte Lichtschwächung des Sterns genutzt, um die Planeten zu finden und ihre Eigenschaften wie ihre Größe zu bestimmen. Doch erst durch die Hinzunahme von Radialgeschwindigkeitsmessungen, die mit ESPRESSO und seinem Vorgänger, dem High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) am 3,6-Meter-Teleskop der ESO auf La Silla, durchgeführt wurden, fanden Demangeon und sein Team weitere Planeten und konnten die Massen und Radien der ersten drei messen. „Wenn wir wissen wollen, woraus ein Planet besteht, brauchen wir mindestens seine Masse und seinen Radius“, erklärt Demangeon.

Das Team hofft, das System mit dem kommenden James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA/ESA/CSA weiter untersuchen zu können, während das Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das derzeit in der chilenischen Atacama-Wüste gebaut wird und 2027 mit den Beobachtungen beginnen soll, ebenfalls ideal für die Untersuchung dieser Planeten sein wird. „Das HIRES-Instrument am ELT könnte möglicherweise die Atmosphären einiger Planeten des Systems L 98-59 untersuchen und damit das JWST vom Boden aus ergänzen“, sagt Zapatero Osorio.

„Dieses System ist ein Vorbote dessen, was noch kommen wird“, fügt Demangeon hinzu. „Die Menschheit ist seit der Geburt der Astronomie auf der Jagd nach terrestrischen Planeten. Jetzt kommen wir endlich der Entdeckung eines solchen Planeten, der sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet und dessen Atmosphäre wir untersuchen können, immer näher.“

Weitere Informationen

Diese Forschungsergebnisse wurden in einem Artikel mit dem Titel „A warm terrestrial planet with half the mass of Venus transiting a nearby star“ (Ein warmer terrestrischer Planet mit der halben Masse der Venus, der einen nahen Stern umkreist) vorgestellt, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint (DOI: 10.1051/0004-6361/202140728).

Das Team besteht aus Olivier D. S. Demangeon (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA/UPorto], Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Portugal [CAUP] und Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal [FCUP]), M. R. Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología, Madrid, Spanien [CSIC-INTA]), Y. Alibert (Physikalisches Institut, Universität Bern, Schweiz [Bern]), S. C. C. Barros (IA/UPorto, CAUP und FCUP), V. Adibekyan (IA/UPorto, CAUP und FCUP), H. M. Tabernero (IA/UPorto und CAUP), A. Antoniadis-Karnavas (IA/UPorto & FCUP), J. D. Camacho (IA/UPorto & FCUP), A. Suárez Mascareño (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanien [IAC] und Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanien [ULL]), M. Oshagh (IAC/ULL), G. Micela (INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo, Palermo, Italien), S. G. Sousa (IA/UPortol & CAUP), C. Lovis (Observatoire de Genève, Université de Genève, Genf, Schweiz [UNIGE]), F. A. Pepe (UNIGE), R. Rebolo (IAC/ULL & Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Spanien), S. Cristiani (INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, Italien [INAF Trieste]), N. C. Santos (IA/UPorto, CAUP und FCUP), R. Allart (Department of Physics and Institute for Research on Exoplanets, Université de Montréal, Kanada und UNIGE), C. Allende Prieto (IAC/ULL), D. Bossini (IA/UPorto), F. Bouchy (UNIGE), A. Cabral (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal [IA/FCUL] und Departamento de Física da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Portugal), M. Damasso (INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, Italien [INAF Torino]), P. Di Marcantonio (INAF Trieste), V. D’Odorico (INAF Trieste & Institute for Fundamental Physics of the Universe, Trieste, Italien [IFPU]), D. Ehrenreich (UNIGE), J. Faria (IA/UPorto, CAUP und FCUP), P. Figueira (Europäische Südsternwarte, Santiago de Chile, Chile [ESO-Chile] und IA/UPorto), R. Génova Santos (IAC/ULL), J. Haldemann (Bern), J. I. González Hernández (IAC/ULL), B. Lavie (UNIGE), J. Lillo-Box (CSIC-INTA), G. Lo Curto (Europäische Südsternwarte, Garching bei München, Deutschland [ESO]), C. J. A. P. Martins (IA/UPorto und CAUP), D. Mégevand (UNIGE), A. Mehner (ESO-Chile), P. Molaro (INAF Trieste und IFPU), N. J. Nunes (IA/FCUL), E. Pallé (IAC/ULL), L. Pasquini (ESO), E. Poretti (Fundación G. Galilei – INAF Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Spanien und INAF – Osservatorio Astronomico di Brera, Italien), A. Sozzetti (INAF Torino), und S. Udry (UNIGE).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist außerdem einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

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.

Wissenschaftlicher Artikel
https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2112/eso2112a.pdf

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• Exoplaneten

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Quelle: Universität Potsdam.

13. Juli 2021 – Astronomen ist die seltene Sichtung zweier Sterne gelungen, die spiralförmig ihrem Ende zusteuern, indem sie die verräterischen Zeichen eines tränenförmigen Sterns bemerkten. Aktuelle Forschungsergebnisse, die von einem internationalen Team unter Beteiligung der Universität Potsdam in „Nature Astronomy“ veröffentlicht wurden, bestätigen, dass sich die beiden Sterne im frühen Stadium einer Spirale befinden, die wahrscheinlich in einer Supernova vom Typ Ia enden wird. Dieser Supernova-Typ hilft den Astronomen zu bestimmen, wie schnell das Universum expandiert. Hauptautorin Dr. Ingrid Pelisoli, die heute an der Universität Warwick forscht, war während der Arbeit an der aktuellen Veröffentlichung bei Prof. Dr. Stephan Geier am Institut für Physik und Astronomie der Universität Potsdam tätig.

Das internationale Team von Astronomen und Astrophysikern unter Leitung der University of Warwick entdeckte ein seltenes Doppelsternsystem, das auf eine Supernova zusteuert. Die tragische Tropfenform des Systems wird durch einen massereichen Weißen Zwerg in der Nähe verursacht, der den anderen Stern mit seiner intensiven Schwerkraft verzerrt, was auch der Katalysator für eine eventuelle Supernova sein wird. Das Sternsystem gehört damit zu den wenigen bereits entdeckten, in denen eines Tages ein Weißer Zwergstern seinen Kern wieder entzünden wird.

Das Doppelsternsystem HD265435 befindet sich in etwa 1.500 Lichtjahren Entfernung und besteht aus einem Heißen Unterzwergstern und einem Weißen Zwergstern, die sich in etwa 100 Minuten eng umkreisen. Weiße Zwerge sind „tote“ Sterne, die ihren gesamten Brennstoff verbrannt haben und in sich zusammengefallen sind, was sie klein und extrem dicht macht. Man geht davon aus, dass eine Supernova vom Typ Ia entsteht, wenn der Kern eines Weißen Zwergsterns wieder aufflammt und eine thermonukleare Explosion auslöst. Es gibt zwei Szenarien, in denen dies geschehen kann. Im ersten Fall gewinnt der Weiße Zwerg genug Masse, um das 1,4-Fache der Sonnenmasse zu erreichen, was als Chandrasekhar-Limit bekannt ist. HD265434 passt in das zweite Szenario, bei dem die Gesamtmasse eines Sternsystems aus mehreren Sternen nahe oder über dieser Grenze liegt. Bisher wurden nur wenige andere Sternsysteme entdeckt, die diesen Grenzwert erreichen und zu einer Supernova vom Typ Ia führen werden.

Hauptautorin Dr. Ingrid Pelisoli von der University of Warwick, Fachbereich Physik erklärt: „Wir wissen nicht genau, wie diese Supernovae explodieren, aber wir wissen, dass es geschehen muss, weil wir sehen, dass es anderswo im Universum passiert. Eine Möglichkeit ist, dass der Weiße Zwerg genug Masse aus dem Heißen Unterzwerg akkumuliert. Während die beiden einander umkreisen und sich annähern, beginnt Materie aus dem Heißen Unterzwerg zu entweichen und auf den Weißen Zwerg überzugehen. Eine andere Möglichkeit ist, dass sie Energie durch Gravitationswellenemissionen verlieren und sich dadurch näher kommen, bis sie verschmelzen. Sobald der Weiße Zwerg bei beiden Methoden genug Masse gewinnt, wird er zur Supernova.“

Von 2018 bis 2020 war die Astrophysikerin Ingrid Pelisoli an der Universität Potsdam in der Arbeitsgruppe von Prof. Stephan Geier tätig. Auch er freut sich über die gelungene Beobachtung: „Die charakteristische Tränenform dieses Doppelsternsystems führt zu einer ebenso typischen Variation seiner Helligkeit. Diese Variation ist allerdings meist so klein, dass sie mit bodengebundenen Teleskopen nur schwer aufzuspüren ist. Die deutlich bessere Sensitivität des TESS-Weltraumteleskops ermöglichte uns diese Entdeckung.“ Ihre Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Science and Technology Facilities Council (UK) gefördert.

Link zur Publikation: Ingrid Pelisoli et al., A hot subdwarf–white dwarf super-Chandrasekhar candidate supernova Ia progenitor, Nature Astronomy, 2021.

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• Supernovae

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