Wie erdähnlich ist dieser neue Planet?

Künstlerillustration des felsigen Planeten um den M-Zwerg Gliese 876. Bildnachweis: NSF. Klicken um zu vergrößern.
In dem als extrasolare Planetenjagd bekannten Landrausch wird die wertvollste Immobilie als „erdähnlich“ beworben. Am Montag, dem 13. Juni, rannten Wissenschaftler los, um ihre Flagge auf einem brennenden Felsbrocken zu platzieren, der einen roten Stern umkreist.

Dieser neu entdeckte Planet ist ungefähr siebenmal so groß wie die Masse der Erde und daher der kleinste extrasolare Planet, der eine Hauptsequenz oder einen „Zwergstern“ umkreist (Sterne wie unsere Sonne, die Wasserstoff verbrennen).

Es gibt noch kleinere Planeten, von denen bekannt ist, dass sie jenseits unseres Sonnensystems existieren, aber sie haben das Unglück, Pulsare zu umkreisen, diese sich schnell drehenden Hülsen sterbender Sterne. Solche Planeten werden aufgrund der intensiven Strahlung der Pulsare nicht als entfernt bewohnbar angesehen.

Planeten mit zehn Erdmassen oder weniger gelten als felsig, während massereichere Planeten wahrscheinlich gasförmig sind, da sie aufgrund ihrer stärkeren Schwerkraft während der Planetenbildung mehr Gas sammeln und zurückhalten. Bisher wurden 155 extrasolare Planeten gefunden, aber die meisten von ihnen haben Massen, die eher mit gasförmigem Jupiter als mit felsiger Erde vergleichbar sind (Jupiter ist 318-mal so groß wie die Masse der Erde).

Obwohl dieser neue Planet wegen seiner relativ geringen Masse als erdähnlich beworben wird, möchten Erdbewohner dort in naher Zukunft kein Haus mieten. Zum einen würde das Haus schmelzen. Die für diesen Planeten geschätzten Oberflächentemperaturen – 200 bis 400 Grad Celsius (400 bis 750 Grad Fahrenheit) – sind auf die kussnahe Entfernung des Planeten von seinem Stern zurückzuführen.

Der Planet befindet sich nur 0,021 AE vom Stern Gliese 876 entfernt (1 AE ist die Entfernung zwischen Erde und Sonne) und vollendet eine Umlaufbahn in weniger als zwei Erdentagen. Der sonnennächste Planet in unserem eigenen Sonnensystem – glühend heißer Merkur – ist fast 20 Mal weiter entfernt und umkreist etwa 0,4 AE.

"Da sich der Planet in einer zweitägigen Umlaufbahn befindet, wird er auf ofenähnliche Temperaturen erhitzt, sodass wir kein Leben erwarten", sagt Paul Butler, Mitglied des Wissenschaftsteams der Carnegie Institution of Washington.

In unserem Sonnensystem beträgt die bewohnbare Zone – die gemäßigte Region, in der Wasser als Flüssigkeit auf der Oberfläche eines Planeten existieren könnte – ungefähr 0,95 bis 1,37 AE oder zwischen den Umlaufbahnen von Venus und Mars. Der Stern Gliese 876 ist ungefähr 600-mal weniger leuchtend als unsere Sonne, daher liegt die vorgeschlagene bewohnbare Zone viel näher, ungefähr zwischen 0,06 und 0,22 AE.

Mit 0,021 AE befindet sich der neue Planet zu nahe am Stern, um sich in der bewohnbaren Zone zu befinden, und er ist auch größeren Mengen energiereicher Strahlung wie ultraviolettem Licht und Röntgenstrahlen ausgesetzt. Während rote Zwerge wie Gliese 876 weniger UV-Strahlung abgeben als Sterne wie unsere Sonne, strahlen sie heftige Röntgenstrahlen aus.

Eine weitere Komplikation aus einer so engen Umlaufbahn besteht darin, dass der Planet gezeitengesperrt sein kann, wobei dieselbe Seite des Planeten immer dem Stern zugewandt ist. Wenn es keine wesentliche Atmosphäre gibt, um Wärme zu verteilen, wird eine Seite des Planeten verkocht, während die andere kalt bleibt.

Gliese 876 ist vermutlich etwa 11 Milliarden Jahre alt und damit mehr als doppelt so alt wie unsere Sonne. In gewisser Weise ist Gliese ein Teenager für den Erwachsenen mittleren Alters unserer Sonne. Sterne der G-Klasse wie unsere Sonne leben ungefähr 10 Milliarden Jahre, während rote Zwerge der M-Klasse 100 Milliarden Jahre leben sollen (älter als das Alter des Universums!).

Geoff Marcy, Mitglied des Wissenschaftsteams der University of California in Berkeley, sagt, dass M-Sterne lange brauchen, um sich abzukühlen und auf ihre Hauptsequenzgröße und Leuchtkraft zu verkleinern. Er sagt, dass der Planet, wenn er nach innen in seine heutige nahe Umlaufbahn wanderte, diesen Schritt wahrscheinlich in den ersten Millionen Jahren gemacht hat und dann viel mehr Strahlung ausgesetzt war als derzeit für Hunderte von Millionen von Jahren.

Gliese 876 gilt als metallarm (für einen Astronomen wird jedes Element, das schwerer als Wasserstoff und Helium ist, als „Metall“ eingestuft). Die Bildung von Planeten kann mit der Metallizität des Sterns zusammenhängen, da sich sowohl der Stern als auch die Planeten aus demselben ursprünglichen Material bilden. Von einem felsigen Planeten wie der Erde, der aus Elementen wie Silikaten und Eisen besteht, wird erwartet, dass er einen Stern umkreist, der reich an Metallen ist.

Obwohl Gliese 876 metallarm ist, handelt es sich um ein System mit mehreren Planeten. Es ist bekannt, dass zwei Gasriesenplaneten Gliese 876 umkreisen: Der äußerste Planet ist fast doppelt so groß wie die Masse des Jupiter und umkreist 0,21 AE; Der mittlere Planet ist ungefähr halb so groß wie der Jupiter und umkreist 0,13 AE.

"Das gesamte Planetensystem ist eine Art Miniatur unseres Sonnensystems", sagt Marcy. "Der Stern ist klein, die Umlaufbahnen sind klein und näher ist die kleinste von ihnen, genau wie die Architektur in unserem eigenen Sonnensystem, mit den kleinsten Planeten, die nach innen um die Riesen kreisen."

Wir haben viel mehr Bewegungsfreiheit in unserem Sonnensystem. Merkur ist weiter von der Sonne entfernt als die Entfernungen all dieser Planeten zusammen. Die Planeten im Gliese 876-System sind so nahe beieinander, dass sie gravitativ miteinander interagieren. Mit dieser Art von Gravitations-Tauziehen konnten die Wissenschaftler die Planeten überhaupt erst entdecken.

Im Verlauf einer Umlaufbahn ziehen Planeten ihren Stern von verschiedenen Seiten durch Gravitation an. Wissenschaftler messen die resultierende Verschiebung des Sternenlichts, um die Existenz umlaufender Planeten zu bestimmen.

Um mehr über den kleinsten Planeten von Gliese 876 zu erfahren, müssten Wissenschaftler eine andere Technik zur Planetenjagd verwenden, die Transitphotometrie. Diese Methode untersucht, wie das Licht eines Sterns zu sinken scheint, wenn ein Planet aus unserem Sichtfeld vor dem Stern vorbeizieht. Die Sonnenfinsternis des umlaufenden Planeten ermöglicht es Astronomen, die Masse und den Radius dieses Planeten zu bestimmen. Das Festhalten dieser Zahlen gibt die Dichte des Planeten an, die dann anzeigt, woraus der Planet besteht und ob der Planet felsig oder gasförmig ist.

Die Transitphotometrie kann jedoch nichts über Planeten sagen, die Gliese 876 umkreisen, da das System aus unserer Sicht um 50 Grad geneigt ist. Dieser Winkel bedeutet, dass die Planeten kein Sternenlicht blockieren, das die Erde erreicht.

Rote Zwerge sind die häufigste Art von Sternen in unserer Galaxie und machen etwa 70 Prozent aller Sterne aus. Von den 150 roten Zwergen, die sie im Laufe der Jahre untersucht haben, haben Marcy und Butler nur Planeten gefunden, die zwei von ihnen umkreisen. Da die meisten der bisher gefundenen Planeten Gasriesen sind, könnte dies bedeuten, dass rote Zwerge weniger dazu neigen, solche Welten zu beherbergen.

Marcy sagt, dass sie Gliese 876 weiterhin auf Hinweise auf einen vierten oder fünften Planeten überwachen werden. "Dies wird definitiv von nun an einer unserer Lieblingsstars sein."

Ein Rennen bis zur Ziellinie
Das Forschungspapier, das diese Entdeckung beschreibt, wurde dem Astrophysical Journal vorgelegt. Die Wissenschaftler sagen, dass sie einen günstigen vorläufigen Bericht des Schiedsrichters erhalten haben und erwarten, dass ihre Arbeit angenommen und in einigen Monaten veröffentlicht wird. Während der Pressekonferenz am Montag wurden die Wissenschaftler gefragt, warum sie beschlossen haben, ihre Ergebnisse jetzt zu veröffentlichen, bevor das Papier zur Veröffentlichung angenommen wurde. Wurde es getan, um andere Planetenjäger zu besiegen, die ihnen auf den Fersen sein könnten?

Marcy antwortete, dass sie verhindern wollten, dass Nachrichten über ihre Entdeckung herauskommen. "Wir wussten vor drei Jahren davon, wir haben es ruhig und sorgfältig verfolgt und das Geheimnis bewacht, während wir es doppelt und dreifach überprüft haben. Dann habe ich vor ungefähr einem Monat mit Michael Turner hier gesprochen, den Leuten von der NSF (National Science Foundation), und gemeinsam haben wir entschieden, dass diese Entdeckung so außergewöhnlich ist, vielleicht, wie Sie es als Meilenstein in der Planetenforschung bezeichnen würden, dass es schwer vorstellbar ist, sie zu behalten der Deckel darauf sehr viel länger. Deshalb haben wir beschlossen, dass es besser ist, dies schnell anzukündigen, als dass es in die Nachrichtenmedien gelangt und herumgetröpfelt wird, wobei eine Zeitung früh davon erfährt und so weiter. “

Marcy begann dann eine Verteidigung, warum er glaubte, dass ihre Feststellung richtig ist, und er wurde schnell von seinen Teamkollegen unterstützt. Die Richtigkeit ihrer Feststellung war jedoch nicht in Frage gestellt worden. Vielleicht ist ihre frühe Ankündigung, verbunden mit der Notwendigkeit der Geheimhaltung im Voraus, ein Beweis für den intensiven Wettbewerb, der die Planetenjagd von Anfang an geprägt hat.

Die erste Entdeckung eines extrasolaren Planeten wurde am 5. Oktober 1995 von Michel Mayor und Didier Queloz vom Genfer Observatorium angekündigt, und Marcy und Butler bestätigten die Beobachtungen in der folgenden Woche. Ein aktuelles Beispiel für den Wettbewerb um andere „Extras“ des extrasolaren Planeten fand im vergangenen Sommer statt, als Bürgermeister Nuno Santos und Kollegen am 25. August 2004 die Entdeckung des ersten extrasolaren Neptun-Massenplaneten ankündigten – zu dieser Zeit der kleinste extrasolare Planet, von dem bekannt ist, dass er einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Diese Ankündigung erfolgte weniger als eine Woche, bevor Marcy und Butler zwei weitere Entdeckungen des Neptun-Massenplaneten ankündigten.

Bürgermeister und seine Kollegen haben auch Gliese 876 untersucht. Auf einer Astronomiekonferenz im Juni 1998 kündigten Bürgermeister und Marcy unabhängig voneinander die Entdeckung des massereicheren Gasriesen an, der diesen Stern umkreist. Marcy und Butler verfolgten diesen Befund als erste und kündigten 2001 die Entdeckung des zweiten Gasriesenplaneten des Sterns an.

Die Kepler-Mission, die im Juni 2008 starten soll, wird nach terrestrischen Planeten suchen, die entfernte Sterne umkreisen. Die Mission definiert einen erdgroßen Planeten als zwischen 0,5 und 2,0 Erdmassen oder zwischen 0,8 und 1,3 Erddurchmesser. Planeten zwischen 2 und 10 Erdmassen, wie der am Montag angekündigte Planet, werden als große terrestrische Planeten definiert.

Ursprüngliche Quelle: NASA Astrobiology

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