TESS entdeckt faszinierende Welt von der Größe zwischen Erde und Venus

Mithilfe von Beobachtungen des TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA und zahlreicher anderer Einrichtungen haben zwei internationale Astronomenteams in nur 40 Lichtjahren Entfernung einen Planeten entdeckt, der zwischen der Größe der Erde und der Venus liegt. Mehrere Faktoren machen ihn zu einem geeigneten Kandidaten für weitere Untersuchungen mit dem James Webb-Weltraumteleskop der NASA.

TESS beobachtet jeweils etwa einen Monat lang einen großen Teil des Himmels und verfolgt die Helligkeitsänderungen von Zehntausenden von Sternen in Intervallen von 20 Sekunden bis 30 Minuten. Die Erfassung von Transiten – kurze, regelmäßige Verdunkelungen von Sternen durch den Vorbeiflug umkreisender Welten – ist eines der Hauptziele der Mission.

„Wir haben den bisher nächstgelegenen, gemäßigten Transitplaneten von der Größe der Erde gefunden“, sagte Masayuki Kuzuhara, ein Projektassistent am Astrobiologiezentrum in Tokio, der gemeinsam mit Akihiko Fukui, einem Projektassistenten an der Universität Tokio, ein Forschungsteam leitete. „Obwohl wir noch nicht wissen, ob er eine Atmosphäre besitzt, haben wir ihn als Exo-Venus betrachtet, mit ähnlicher Größe und Energie, die er von seinem Stern erhält wie unser Nachbarplanet im Sonnensystem.“

Der Mutterstern, Gliese 12 genannt, ist ein kühler roter Zwerg, der sich fast 40 Lichtjahre entfernt im Sternbild Fische befindet. Der Stern ist nur etwa 27 % so groß wie die Sonne und hat etwa 60 % der Oberflächentemperatur der Sonne. Die neu entdeckte Welt, Gliese 12 b genannt, umkreist die Sonne alle 12,8 Tage und ist so groß wie die Erde oder etwas kleiner – vergleichbar mit der Venus. Unter der Annahme, dass der Planet keine Atmosphäre hat, beträgt die Oberflächentemperatur des Planeten schätzungsweise etwa 42 Grad Celsius.

Astronomen sagen, dass die geringe Größe und Masse von roten Zwergsternen sie ideal für die Suche nach erdgroßen Planeten macht. Ein kleinerer Stern bedeutet eine stärkere Verdunkelung bei jedem Transit, und eine geringere Masse bedeutet, dass ein umlaufender Planet eine stärkere Taumelbewegung des Sterns erzeugen kann, die als „Reflexbewegung“ bezeichnet wird. Diese Effekte machen kleinere Planeten leichter zu erkennen.

Die geringere Leuchtkraft von Roten Zwergsternen bedeutet auch, dass ihre bewohnbaren Zonen – der Bereich der Umlaufbahnen, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren könnte – näher an ihnen liegen. Dadurch ist es einfacher, Transitplaneten in bewohnbaren Zonen um Rote Zwerge zu entdecken als solche um Sterne, die mehr Energie ausstrahlen.

Die Entfernung zwischen Gliese 12 und dem neuen Planeten beträgt nur 7 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Der Planet erhält von seinem Stern 1,6-mal mehr Energie als die Erde von der Sonne und etwa 85 % der Energie, die Venus erhält.

„Gliese 12 b ist eines der besten Ziele, um zu untersuchen, ob erdgroße Planeten, die kühle Sterne umkreisen, ihre Atmosphären behalten können. Das ist ein entscheidender Schritt, um unser Verständnis der Bewohnbarkeit von Planeten in unserer Galaxie zu verbessern“, sagte Shishir Dholakia, Doktorand am Zentrum für Astrophysik der University of Southern Queensland in Australien. Gemeinsam mit Larissa Palethorpe, Doktorandin an der University of Edinburgh und dem University College London, leitete er ein anderes Forschungsteam.

Beide Teams vermuten, dass die Untersuchung von Gliese 12 b dazu beitragen könnte, einige Aspekte der Entwicklung unseres eigenen Sonnensystems zu entschlüsseln.

„Man geht davon aus, dass die ersten Atmosphären der Erde und der Venus durch vulkanische Ausgasungen und Bombardierungen durch Restmaterial im Sonnensystem abgetragen und dann wieder aufgefüllt wurden“, erklärte Palethorpe. „Die Erde ist bewohnbar, die Venus jedoch nicht, da sie ihr Wasser vollständig verloren hat. Da Gliese 12 b temperaturmäßig zwischen der Erde und der Venus liegt, könnte uns seine Atmosphäre viel über die Wege der Bewohnbarkeit lehren, die Planeten während ihrer Entwicklung einschlagen.“

Ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung einer Atmosphäre ist die Stürmizität ihres Sterns. Rote Zwerge neigen dazu, magnetisch aktiv zu sein, was zu häufigen, starken Röntgenausbrüchen führt. Analysen beider Teams kommen jedoch zu dem Schluss, dass Gliese 12 keine Anzeichen für extremes Verhalten zeigt.

Ein von Kuzuhara und Fukui geleitetes Papier erscheint In Die Briefe des Astrophysical JournalDie Ergebnisse von Dholakia und Palethorpe wurden veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society am selben Tag.

Während eines Transits durchdringt das Licht des Muttersterns jede beliebige Atmosphäre. Verschiedene Gasmoleküle absorbieren unterschiedliche Farben, sodass der Transit eine Reihe chemischer Fingerabdrücke hinterlässt, die von Teleskopen wie dem Webb-Teleskop erkannt werden können.

„Wir kennen nur eine Handvoll gemäßigter Planeten, die der Erde ähnlich sind, uns aber nahe genug sind und andere Kriterien erfüllen, die für diese Art von Untersuchung, die sogenannte Transmissionsspektroskopie, mit den aktuellen Einrichtungen erforderlich sind“, sagte Michael McElwain, ein Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Co-Autor des Artikels von Kuzuhara und Fukui. „Um die Vielfalt der Atmosphären und die evolutionären Ergebnisse dieser Planeten besser zu verstehen, brauchen wir mehr Beispiele wie Gliese 12 b.“

TESS ist eine NASA Astrophysics Explorer-Mission, die von NASA Goddard geleitet und vom MIT in Cambridge, Massachusetts, betrieben wird. Weitere Partner sind Northrop Grumman mit Sitz in Falls Church, Virginia; das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley; das Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian in Cambridge, Massachusetts; das Lincoln Laboratory des MIT; und das Space Telescope Science Institute in Baltimore. Mehr als ein Dutzend Universitäten, Forschungsinstitute und Observatorien weltweit sind an der Mission beteiligt.