TESS findet seinen ersten erdgroßen Exoplaneten

Künstlerische Darstellung von HD 21749c, dem ersten erdgroßen Planeten, der von TESS gefunden wurde, und seinem Schwesterplaneten HD 21749b, einem warmen Subneptun. (Credit: Illustration by Robin Dienel, courtesy of the Carnegie Institution for Science)
Künstlerische Darstellung von HD 21749c, dem ersten erdgroßen Planeten, der von TESS gefunden wurde, und seinem Schwesterplaneten HD 21749b, einem warmen Subneptun. (Credit: Illustration by Robin Dienel, courtesy of the Carnegie Institution for Science)

Ein nahes Sternsystem beherbergt den ersten erdgroßen Planeten, der vom Transiting Exoplanets Survey Satellite (TESS) der NASA entdeckt wurde, und außerdem einen warmen Planeten des Typs Subneptun. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie eines Astronomenteams, zu dem auch Johanna Teske, Paul Butler, Steve Shectman, Jeff Crane und Sharon Wang von der Carnegie Institution for Science gehörten. Ihre Arbeit wurde in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

“Es ist so aufregend, dass TESS, der vor gerade einmal einem Jahr startete, bereits bahnbrechend auf dem Gebiet der Planetenjagd ist”, sagte Teske, die Zweitautorin der Studie. “Der Satellit beobachtet den Himmel, und wir arbeiten mit der TESS-Forschungsgemeinschaft zusammen, um potenziell interessante Ziele für weitere Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen und Instrumenten zu identifizieren.”

Ein solches Hilfsmittel, der Planet Finder Spectrograph (PFS) am Magellan II Telescope des Las Campanas Observatory in Chile, war ein entscheidender Bestandteil dieses Vorhabens. Er half dabei, die planetare Natur des TESS-Signals zu bestätigen und die Masse des neu entdeckten Subneptuns zu messen.

Der PFS wurde von Shectman und Crane mit einer Methode konstruiert, die von Butler und seinen Kollegen entwickelt wurde. Er arbeitet mit einer Technik, die als Radialgeschwindigkeitsmethode bezeichnet wird und die momentan die einzige Möglichkeit für Astronomen ist, um die Massen einzelner Planeten zu messen. Ohne bekannte Massen ist es sehr anspruchsvoll, die Dichte eines Planeten oder seine allgemeine chemische Zusammensetzung zu bestimmen.

Diese Methode macht sich die Tatsache zunutze, dass nicht nur die Gravitation eines Sterns den umkreisenden Planeten beeinflusst, sondern dass sich die Gravitation des Planeten wiederum auch auf den Stern auswirkt. Der PFS erlaubt Astronomen, dieses winzige Wackeln zu registrieren, das die Gravitation des Planeten in der Umlaufbahn um den Stern bei letzterem hervorruft.

“Der PFS ist eines der wenigen Instrumente auf der Südhalbkugel, die diese Art von Messungen vornehmen können”, ergänzte Teske. “Deswegen wird er zu einem sehr wichtigen Teil bei der weitergehenden Charakterisierung der von der TESS-Mission gefundenen Planeten werden.”

Mit 36 Tagen besitzt der Subneptun HD 21749b die längste Umlaufperiode aller von TESS bislang gemachten Entdeckungen. Aufgrund der von TESS genutzten Technik geht man davon aus, dass die meisten Planeten, welche die Mission aufspüren wird, Umlaufperioden von weniger als zehn Tagen haben werden. Diesbezüglich ist HD 21749b ungewöhnlich. Aus dem Grund war der Nachweis des Planeten in den TESS-Daten eine zusätzliche Herausforderung.

“Es war schon etwas Detektivarbeit erforderlich, und die richtigen Leute waren zur rechten Zeit da”, sagte die Hauptautorin Diana Dragomir vom Kavli Institute for Astrophysics and Space Research des MIT. “Aber wir hatten Glück. Wir registrierten die Signale, und sie waren wirklich deutlich.”

Sein Zentralstern hat etwa 80 Prozent der Sonnenmasse und liegt rund 53 Lichtjahre von der Erde entfernt. HD 21749b besitzt circa 23 Erdmassen und einen Radius, der ungefähr 2,7 Erdradien entspricht. Seine Dichte spricht dafür, dass der Planet eine umfangreiche Atmosphäre aufweist, aber kein Gesteinsplanet ist. Daher könnte er Astronomen möglicherweise helfen, die Zusammensetzung und Entwicklung der Atmosphären von kühleren Subneptunen zu verstehen.

Interessanterweise ist der Subneptun mit der langen Umlaufperiode nicht allein in diesem System. Er hat einen Geschwisterplaneten namens HD 21749c, der rund acht Tage benötigt, um den Zentralstern zu umkreisen. Dieser Planet ist erheblich kleiner und mit der Größe der Erde vergleichbar.

“Die genaue Masse und Zusammensetzung eines solch kleinen Planeten zu messen, wird anspruchsvoll werden, ist aber wichtig für den Vergleich für HD 21749c mit der Erde”, sagte Wang. “Mit diesem Ziel im Hinterkopf sammelt das PFS-Team von der Carnegie Institution for Science weiterhin Daten über dieses Objekt.”

Dank TESS werden Astronomen erstmals in der Lage sein, die Massen, atmosphärischen Zusammensetzungen und andere Eigenschaften vieler kleinerer Exoplaneten zu messen. Obwohl kleine Exoplaneten in unserer Galaxie häufig vorkommen, gibt es noch viel über ihre Vielfalt zu lernen und darüber, worin sie sich von den Planeten in unserem eigenen Sonnensystem unterscheiden.

“Für Sterne, die uns sehr nahe und sehr hell sind, erwarten wir ein paar Dutzend erdgroße Planeten zu finden”, sagte Dragomir. “Und es geht los – das wäre unser erster, und es ist ein Meilenstein für TESS. Es ebnet den Weg für den Nachweis kleinerer Planeten um sogar noch kleinere Sterne, und diese Planeten könnten möglicherweise bewohnbar sein.”

Quelle

(THK)

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