Die NASA versprach kleinere Exoplaneten in Erdgröße. TESS liefert.

Als die NASA 2018 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) startete, hatte sie ein bestimmtes Ziel. Während sein Vorgänger, das Kepler-Raumschiff, Tausende von Exoplaneten fand, waren viele von ihnen massive Gasriesen. TESS wurde mit dem Versprechen in den Weltraum geschickt: kleinere Planeten zu finden, die ähnlich groß sind wie Erde und Neptun und stabile Sterne umkreisen, ohne viel zu flackern. Diese Einschränkungen, so hofften die Astronomen, würden mehr Exoplaneten identifizieren, die möglicherweise bewohnbar sind.

Mit dieser Entdeckung von drei neuen Exoplaneten erfüllt TESS sein Versprechen.

Die drei neuen Exoplaneten sind nicht das, was wir gewohnt sind. Während der Mission des Kepler-Raumschiffs gewöhnten wir uns an Exoplanetenentdeckungen. Aber die Planeten waren größtenteils größer als die Erde, und viele von ihnen waren Gasriesen, heiße Jupiter und so weiter. Aber diese drei neuen sind unterschiedlich: Eine ist etwas größer als die Erde, und die anderen beiden sind ungefähr doppelt so groß wie Neptun, was in Bezug auf Exoplaneten klein ist.

Alle drei umkreisen einen schwachen, kühlen Stern namens TOI (TESS Object Of Interest) 270, der im Sternbild Pictor etwa 73 Lichtjahre entfernt ist. TOI 270 ist ein Zwergstern vom Typ M, der in Masse und Größe etwa 40% kleiner als unsere Sonne ist. Es ist auch ungefähr ein Drittel kühler als die Sonne. Die drei Planeten sind planetarisch gemäßigt, aber die Planeten sind im Vergleich zur Erde immer noch ziemlich heiß, weil sie nahe an ihrem Stern sind.

Die drei Planeten heißen nach der Konvention TOI 270 b, c und d vom innersten zum äußersten Planeten.

TOI 270 b ist wahrscheinlich eine felsige Welt wie die Erde, aber ungefähr 25% größer. Es dauert nur 3,4 Tage, um seinen Stern in einer Entfernung von 0,03 AE zu umkreisen, ungefähr 13 Mal näher an seinem Stern als Merkur an der Sonne. Das TESS-Team vermutet, dass es etwa 1,9-mal so massereich ist wie die Erde.

Leider ist 270 b sengend heiß. Nicht so heiß wie viele der heißen Jupiter, die Kepler entdeckt hat, aber immer noch zu heiß für das Leben, wie wir es kennen. Die Gleichgewichtstemperatur – die Temperatur vor jeglichen atmosphärischen Effekten – beträgt 254 Grad Celsius. Sie ist auch gezeitengebunden an den Stern gebunden.

Der mittlere Planet heißt TOI 270 c und ist 2,4-mal größer als die Erde. Es umkreist den Stern alle 5,7 Tage. Der äußerste Planet, 270 d, ist 2,1-mal größer als die Erde und umkreist den Stern alle 11,4 Tage. Sie nennen diese beiden Planeten "Mini-Neptune", weil sie hauptsächlich aus Gas bestehen und ungefähr halb so groß wie Neptun sind. Beide sind auch an ihren Stern gebunden.

Der äußerste Planet ist für Wissenschaftler von besonderem Interesse, da er der gemäßigtste der drei Planeten ist. Die Gleichgewichtstemperatur des TOI 270 d beträgt ungefähr 66 Grad Celsius (150 F) und ist in irdischer Hinsicht immer noch sehr heiß, aber gemäßigt genug, um für Exoplaneten selten zu sein.

Das neue Papier, das diese Ergebnisse umreißt, wurde in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Das Papier trägt den Titel "Eine Supererde und zwei Sub-Neptune, die den nahe gelegenen und ruhigen M-Zwerg TOI-270 durchqueren."

"Dieses System ist genau das, wofür TESS entwickelt wurde – kleine, gemäßigte Planeten, die vor einem inaktiven Wirtsstern vorbeiziehen oder diesen durchqueren, dem eine übermäßige Sternaktivität wie Fackeln fehlt", sagte der leitende Forscher Maximilian Günther, ein Torres-Postdoktorand Fellow am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. „Dieser Stern ist ruhig und sehr nah bei uns und daher viel heller als die Wirtssterne vergleichbarer Systeme. Mit erweiterten Follow-up-Beobachtungen werden wir bald in der Lage sein, die Zusammensetzung dieser Welten zu bestimmen, festzustellen, ob Atmosphären vorhanden sind und welche Gase sie enthalten, und vieles mehr.

Diese Ergebnisse sind interessant, weil unser Sonnensystem nichts wie die beiden Mini-Neptune oder Sub-Neptune enthält. Tatsächlich sind Planeten mit einer Größe zwischen dem 1,5- und 2-fachen der Erdgröße, soweit wir wissen, auch in der Exoplanetenpopulation sehr selten.

"Ein interessanter Aspekt dieses Systems ist, dass seine Planeten eine bekannte Lücke in bekannten Planetengrößen überspannen", sagte Co-Autor Fran Pozuelos, Postdoktorand an der Universität von Lüttich in Belgien. „Es ist ungewöhnlich, dass Planeten aus Gründen, die wahrscheinlich mit der Entstehung von Planeten zusammenhängen, eine Größe zwischen dem 1,5- und dem Zweifachen der Größe der Erde haben. Dies ist jedoch immer noch ein äußerst kontroverses Thema. TOI 270 ist ein hervorragendes Labor zur Untersuchung der Ränder dieser Lücke und wird uns helfen, besser zu verstehen, wie sich Planetensysteme bilden und entwickeln. “

Die Astronomen hofften, dass TESS diese Arten von Planeten finden würde, damit andere Teleskope weitere Beobachtungen durchführen könnten. Insbesondere das James Webb-Weltraumteleskop wird in der Lage sein, die Atmosphäre einiger dieser Planeten zu identifizieren.

"TOI 270 ist perfekt am Himmel gelegen, um die Atmosphäre seiner äußeren Planeten mit dem zukünftigen James Webb-Weltraumteleskop der NASA zu untersuchen", sagte Co-Autorin Adina Feinstein, Doktorandin an der Universität von Chicago. "Es wird von Webb über ein halbes Jahr lang beobachtet werden können, was wirklich interessante Vergleichsstudien zwischen den Atmosphären von TOI 270 c und d ermöglichen könnte."

Das Team hinter diesen Ergebnissen ist der Meinung, dass dieses Sonnensystem mehr bietet, obwohl diese Ergebnisse aufregend sind. Zusätzliche Beobachtung kann andere Planeten enthüllen. Vielleicht gibt es einen anderen felsigen Planeten weiter vom Stern entfernt als TOI 270 d. Wenn ja, kann es noch gemäßigter sein. Und wenn es einen felsigen Kern und eine Atmosphäre hat, könnte es flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche beherbergen.

Es sind aufregende Zeiten in der Exoplanetenforschung. Mit solchen Ergebnissen und der Tatsache, dass James Webb irgendwann online geht, wird unser Verständnis der Exoplanetenpopulation sprunghaft zunehmen.

Mehr:

  • Pressemitteilung: Die TESS-Mission der NASA erzielt mit 3 neuen Welten einen „Hattrick“
  • Forschungsbericht: Eine Supererde und zwei Sub-Neptune, die den nahe gelegenen und ruhigen M-Zwerg TOI-270 durchqueren
  • TESS der NASA
  • Space Magazine: Wie viele Planeten wird TESS finden?
  • Space Magazine: Jetzt, da TESS einsatzbereit ist, werden Astronomen nach Schätzungen 14.000 Planeten finden. 10 könnten erdähnliche Welten in der bewohnbaren Zone eines sonnenähnlichen Sterns sein
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