Mithilfe des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA und des XMM-Newton-Teleskops der ESA (European Space Agency) untersuchen Astronomen, ob nahe gelegene Sterne bewohnbare Exoplaneten beherbergen könnten. Dabei wird untersucht, ob sie Strahlung aussenden, die potenzielle Lebensbedingungen, wie wir sie kennen, zerstören könnte. Diese Art der Forschung wird dazu beitragen, Beobachtungen mit der nächsten Generation von Teleskopen zu steuern, die die ersten Bilder von Planeten wie der Erde aufnehmen sollen.
Ein Forscherteam hat Sterne untersucht, die der Erde so nahe sind, dass zukünftige Teleskope Bilder von Planeten in ihren sogenannten bewohnbaren Zonen aufnehmen könnten. Das sind Umlaufbahnen, in denen die Planeten flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche haben könnten. Ihre Ergebnisse wurden auf der 244. Treffen der American Astronomical Society in Madison, Wisconsin.
Alle Bilder von Planeten bestehen aus einzelnen Lichtpunkten und zeigen Oberflächenmerkmale wie Wolken, Kontinente und Ozeane nicht direkt. Ihre Spektren – die Lichtmenge bei verschiedenen Wellenlängen – geben jedoch Aufschluss über die Oberflächenzusammensetzung und Atmosphäre der Planeten.
Dieses Video zeigt auf der linken Seite unseres Bildschirms eine dreidimensionale Karte der sonnennahen Sterne und auf der rechten Seite eine dramatische Illustration eines Sterns, um den ein Planet kreist. Die Sternenkarte auf der linken Seite zeigt viele kreisförmige Punkte in verschiedenen Farben, die in einem illustrierten dreiseitigen Kasten schweben. Jede Wand des Kastens ist gitterförmig aufgebaut, mit geraden Linien, die horizontal und vertikal wie Maschendraht verlaufen. Blau gefärbte Punkte stellen Sterne dar, die mit Chandra der NASA und XMM-Newton der ESA beobachtet wurden. Ungefähr auf halber Strecke ist in dem Kasten eine Reihe von drei konzentrischen Kreisen aufgehängt, die einen zentralen Punkt umgeben, der die Position unserer Sonne anzeigt. Die Kreise stellen Entfernungen von 5, 10 und 15 Parsec dar. Ein Parsec entspricht etwa 3,2 Lichtjahren. In der Animation dreht sich der mit Punkten gefüllte Maschendrahtkasten langsam, zuerst auf seiner X-Achse und dann auf seiner Y-Achse, und ermöglicht so eine dreidimensionale Erkundung der dargestellten Sterne. Bildnachweis: Cal Poly Pomona/B. Binder; Abbildung: NASA/CXC/M.Weiss
Es gibt mehrere Faktoren, die beeinflussen, ob ein Planet für Leben, wie wir es kennen, geeignet ist. Einer dieser Faktoren ist die Menge an schädlichen Röntgen- und Ultraviolettstrahlen, die er von seinem Mutterstern empfängt und die die Atmosphäre des Planeten beschädigen oder sogar zerstören können.
„Ohne die Röntgenstrahlung seines Muttersterns zu charakterisieren, würden wir ein Schlüsselelement vermissen, das uns zeigt, ob ein Planet wirklich bewohnbar ist oder nicht“, sagte Breanna Binder von der California State Polytechnic University in Pomona, die die Studie leitete. „Wir müssen untersuchen, welche Art von Röntgenstrahlung diese Planeten erhalten.“
Binder und ihre Kollegen begannen mit einer Liste von Sternen, die nahe genug an der Erde sind, damit zukünftige boden- und weltraumgestützte Teleskope Bilder von Planeten innerhalb ihrer bewohnbaren Zonen aufnehmen könnten. Zu diesen zukünftigen Teleskopen gehören das Habitable Worlds Observatory und erdgestützte extrem große Teleskope.
Auf der Grundlage von Röntgenbeobachtungen einiger dieser Sterne mithilfe von Daten von Chandra und XMM-Newton untersuchte Binders Team, welche Sterne Planeten mit günstigen Bedingungen für die Entstehung und das Gedeihen von Leben beherbergen könnten.
Das Team untersuchte, wie hell die Sterne im Röntgenlicht sind, wie energiereich die Röntgenstrahlen sind und wie stark und wie schnell sich ihre Röntgenstrahlung ändert, beispielsweise durch Flares. Hellere und energiereichere Röntgenstrahlen können die Atmosphären umkreisender Planeten stärker schädigen.
„Wir haben Sterne identifiziert, bei denen die Röntgenstrahlungsumgebung der bewohnbaren Zone der der Erde ähnelt oder sogar noch milder ist“, sagte Sarah Peacock, eine Koautorin der Studie von der University of Maryland, Baltimore County. „Solche Bedingungen könnten eine Schlüsselrolle bei der Erhaltung einer reichhaltigen Atmosphäre wie der der Erde spielen.“
Bildnachweis: Chandra X-ray Center
Die Forscher nutzten Archivdaten aus fast 10 Tagen Chandra-Beobachtungen und etwa 26 Tagen XMM-Beobachtungen, um das Röntgenverhalten von 57 nahegelegenen Sternen zu untersuchen, von denen einige bekannte Planeten haben. Die meisten davon sind Riesenplaneten wie Jupiter, Saturn oder Neptun, während nur eine Handvoll Planeten oder Planetenkandidaten weniger als etwa doppelt so massereich wie die Erde sein könnten.
Wahrscheinlich gibt es in der Stichprobe noch viele weitere Planeten, die Sterne umkreisen, insbesondere solche von ähnlicher Größe wie die Erde, die bisher unentdeckt blieben. Transitstudien, die nach winzigen Lichtabfällen suchen, wenn Planeten aus unserer Perspektive vor ihren Sternen vorbeiziehen, übersehen viele Planeten, da eine spezielle Geometrie erforderlich ist, um sie zu erkennen. Dies bedeutet, dass die Chancen, Transitplaneten in einer kleinen Stichprobe von Sternen zu entdecken, gering sind; nur ein Exoplanet in der Stichprobe wurde durch Transite erfasst.
Die andere wichtige Methode zur Planetenerkennung erfolgt über die Erkennung der durch die umlaufenden Planeten verursachten Taumelbewegung eines Sterns. Mit dieser Methode lassen sich vor allem Riesenplaneten erkennen, die sich relativ nahe an ihrem Mutterstern befinden.
„Wir wissen nicht, wie viele erdähnliche Planeten mit der nächsten Generation von Teleskopen auf Bildern entdeckt werden, aber wir wissen, dass Beobachtungszeit auf ihnen kostbar und äußerst schwierig zu erhalten sein wird“, sagte Co-Autor Edward Schwieterman von der University of California in Riverside. „Diese Röntgendaten helfen dabei, die Liste der Ziele zu verfeinern und zu priorisieren und könnten dazu führen, dass das erste Bild eines erdähnlichen Planeten schneller erstellt wird.“