Alpha Centauri ist unser nächster stellarer Nachbar, ein Doppelsternsystem, das nur 4,376 Lichtjahre entfernt liegt. Trotz seiner Nähe konnten wiederholte astronomische Untersuchungen keine eindeutigen Beweise für extrasolare Planeten in diesem System finden. Ein Teil des Problems besteht darin, dass das System aus zwei Sternen besteht, die sich gegenseitig umkreisen, was die Erkennung von Exoplaneten mit den beiden beliebtesten Methoden sehr schwierig macht. Im Jahr 2019 gaben Breakthrough Initiatives bekannt, dass sie ein neues Projekt unterstützen, um Exoplaneten nebenan zu finden – das Telescope for Orbit Locus Interferometric Monitoring of our Astronomical Neighbourhood (TOLIMAN, nach dem alten Namen des Sterns auf Arabisch).
Dieses kostengünstige Missionskonzept wurde von einem Team der University of Sydney, Australien, entwickelt und zielt darauf ab, mithilfe der Astrometrie-Methode nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten im Alpha-Centauri-System zu suchen. Dies besteht darin, die scheinbare Position eines Sterns am Himmel auf Anzeichen von Wackeln zu überwachen, was darauf hinweist, dass Gravitationskräfte (wie Planeten) auf ihn einwirken. Kürzlich unterzeichnete die University of Sydney einen Vertrag mit EnduroSat, einem führenden Anbieter von Mikrosatelliten und Weltraumdiensten, um das Liefersystem und den maßgeschneiderten Minisatelliten bereitzustellen, die die Mission beim Start unterstützen werden.
Alpha Centauri besteht aus einem Primärstern vom Typ G (ähnlich unserer Sonne) und einem Sekundärstern vom Typ K (oranger Zwerg). Aufgrund seiner binären Natur war es sehr schwierig, mögliche Signale von diesem System zu erkennen, die das Ergebnis von Exoplaneten sein könnten. Dazu gehört die Transitmethode, bei der Astronomen Sterne auf periodische Helligkeitsabfälle überwachen, die darauf hindeuten können, dass Planeten relativ zum Beobachter vor dem Stern vorbeiziehen (transitieren). Da die Sterne aber auch Transite machen, sind Helligkeitseinbrüche sehr häufig.
In ähnlicher Weise wirkt sich die Art und Weise, wie die Sterne sich gegenseitig umkreisen, erheblich auf ihre Hin- und Herbewegung aus (auch bekannt als Radialgeschwindigkeit). Dies macht es sehr schwierig, Planeten zu erkennen, die sie umkreisen könnten, was sich daran zeigt, wie ihr Gravitationseinfluss die Bewegung des Sterns beeinflusst (die Radialgeschwindigkeitsmethode). Dieselbe Methode bestätigte jedoch die Existenz eines felsigen Planeten (Proxima b), der 2016 innerhalb der bewohnbaren Zone von Proxima Centauri kreiste. Seitdem wurden zwei weitere gefunden, darunter ein innerster felsiger Planet in Marsgröße und ein äußerster Gasriese (möglicherweise mit Ringen). .
Bisher haben Astronomen zahlreiche mögliche Signale von Alpha Centauri gemeldet. Das erste geschah im Jahr 2012, als Astronomen ein RV-Signal von Alpha Centauri B meldeten, das einem Planeten (Alpha Centauri Bb) zugeschrieben wurde, sich aber 2015 als falsch positiv herausstellte. Ein möglicher Planetentransit wurde 2013 angekündigt, war es aber Berichten zufolge zu nahe an seiner Primärquelle, um das Leben zu unterstützen. Im Jahr 2021 wurde ein Kandidatenplanet namens Candidate 1 (C1) um Alpha Centauri A herum mit direkter Wärmebildgebung entdeckt, aber dies bleibt unbestätigt.
Für Peter Tuthill, Physikprofessor am Sydney Institute for Astronomy (SIfA) und leitender Wissenschaftler der TOLIMAN-Mission, ist die schwierige Aufgabe, Planeten um Alpha Centauri A und B zu bestätigen, zu verlockend, um sie sich nicht entgehen zu lassen. Wie er kürzlich in einer Pressemitteilung der University of Sidney sagte:
„Das ist verlockend nah an der Heimat. Astronomen haben Tausende von Exoplaneten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems entdeckt, aber die meisten sind Tausende von Lichtjahren entfernt und außerhalb unserer Reichweite. Moderne Satellitentechnologie wird es uns ermöglichen, unseren himmlischen Hinterhof zu erkunden und vielleicht die Grundlage für Visionen zu legen zukünftige Missionen, die die interstellaren Hohlräume bis zum Centauri-System überspannen.“
Wie wir in einem früheren Artikel untersucht haben, wurde das TOLIMAN-Konzept erstmals von Tuthill und seinen SIfA-Kollegen während der SPIE Astronomical Telescopes+Instrumentation Conference 2018 in Austin, Texas, vorgeschlagen. Anstatt das Licht wie herkömmliche Teleskope in einen fokussierten Strahl zu bündeln, stützt sich das TOLIMAN auf ein diffraktives Pupillenspiegelmuster, das das Sternenlicht in ein komplexes Blumenmuster streut und so extrem feine Messungen der Bewegung eines Sterns ermöglicht. Alle Hinweise auf Exoplaneten können dann von leistungsfähigeren Instrumenten verfolgt werden, die nicht ausschließlich der Überwachung von Alpha Centauri dienen.
„Jeder Exoplanet, den wir in Erdnähe finden, kann mit anderen Instrumenten verfolgt werden, was hervorragende Aussichten für die Entdeckung und Analyse von Atmosphären, Oberflächenchemie oder sogar Fingerabdrücken einer Biosphäre bietet – die vorläufigen Anzeichen von Leben“, sagte Tuthill. Diese Nachfolgestudien sind etwas Teleskope wie das James Webb und die Instrumente der nächsten Generation wie das Nancy Grace Roman Space Telescope (RST), das 2027 starten soll. Alpha Centauri dürfte auch ein beliebtes Ziel für die vielen 30-Jährigen sein. Meter bodengestützte Teleskope, die in diesem Jahrzehnt in Betrieb genommen werden.
Der Start dieses Teleskops wird eine große Herausforderung sein und ein begrenztes Volumen (12 Liter) erfordern, das die thermische und mechanische Stabilität aufrechterhalten kann. Zu diesem Zweck hat die Universität von Sydney EnduroSat beauftragt, einen speziell angefertigten Minisatelliten als Übertragungssystem bereitzustellen. Ihr MicroSat-Design kann Nutzlastdaten mit einer Geschwindigkeit von mehr als 125 Megabit pro Sekunde (Mbps) herunterlinken, was für eine laufende Beobachtungsmission, bei der viele Datendownloads ins Spiel kommen, von entscheidender Bedeutung ist. Wie Raycho Raychev, der Gründer und CEO von EnduroSat, bemerkte:
„Wir sind außerordentlich stolz darauf, Partner dieser Mission zu sein. Die Herausforderungen sind enorm und werden unsere technischen Bemühungen auf die Spitze treiben. kosten Astronomiemissionen.“
Dieses jüngste Projekt ist eines von mehreren, die von Breakthrough Initiatives unterstützt werden, die bereits mit ihrem fortschrittlichen Projekt Breakthrough Listen – dem größten Programm, das jemals zur Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) durchgeführt wurde – Wirkung zeigen. Das TOLIMAN-Projekt passt auch gut zu Breakthrough Starshot, einer vorgeschlagenen interstellaren Mission, die Fortschritte in der Miniaturisierung, fortschrittlichen Materialien und Antrieben mit gerichteter Energie nutzen wird, um ein Nanofahrzeug innerhalb eines einzigen Lebens (20 Jahre) nach Alpha Centauri zu schicken.
Die Entdeckung von Planeten nebenan wird wahrscheinlich viel dazu beitragen, interstellare Missionen zu inspirieren, um das System aus nächster Nähe zu erkunden. Dr. S. Pete Worden, ehemaliger Direktor des Ames Research Center der NASA (2006 bis 2015) und Executive Director von Breakthrough Initiatives, sagte: „Es ist sehr aufregend zu sehen, wie dieses Programm zum Leben erweckt wird. Mit diesen Partnerschaften können wir etwas Neues schaffen eine Art astronomische Mission und machen echte Fortschritte beim Verständnis der Planetensysteme gleich nebenan.“