Ein kochend heißer Planet, entdeckt vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA, hat den Weg zu weiteren Welten aufgezeigt, die denselben Stern umkreisen. Einer davon befindet sich in der habitablen Zone des Sterns. Falls er aus Gestein besteht, könnte dieser Planet etwa doppelt so groß wie die Erde sein.
Die neuen Welten umkreisen einen Stern namens GJ 357, einen Zwergstern des M-Typs mit rund einem Drittel der Sonnenmasse und -größe und circa 40 Prozent geringerer Temperatur. Das System liegt ungefähr 31 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Hydra. Im Februar 2019 registrierten die Kameras an Bord von TESS, dass der Stern sich alle 3,9 Tage abschwächte. Auf diese Weise offenbarte sich die Präsenz eines vorbeiziehenden Exoplaneten (eine Welt jenseits unseres Sonnensystems), der während jeder Umkreisung vor seinem Stern vorbeizieht und dabei das Licht des Sterns geringfügig abschwächt.
“In gewisser Weise versteckten sich diese Planeten in Messungen, die mit zahlreichen Observatorien im Zeitraum von vielen Jahren gemacht wurden”, sagte Rafael Luque, ein Doktorand am Institute of Astrophysics of the Canary Islands (IAC) auf Teneriffa, der Leiter des Teams. “TESS war nötig, um uns auf einen interessanten Stern aufmerksam zu machen, wo wir sie entdecken konnten.”
Die von TESS beobachteten Transits gehören zu GJ 357b, einem Planeten, der rund 22 Prozent größer als die Erde ist. Er umkreist seinen Stern elfmal näher als Merkur unsere Sonne umkreist. Das gibt ihm eine Gleichgewichtstemperatur von circa 254 Grad Celsius (berechnet ohne Berücksichtigung der zusätzlichen Erwärmungseffekte einer möglichen Atmosphäre).
“Wir beschreiben GJ 357b als eine ‘heiße Erde'”, erklärte Co-Autor Enric Pallé, ein Astrophysiker am IAC und Luques Doktorvater. “Obwohl er kein Leben beherbergen kann, ist er bemerkenswert als der bislang drittnächste mittels Transit entdeckte Exoplanet und als einer der besten Gesteinsplaneten, die wir zur Messung der Zusammensetzung einer potenziellen Atmosphäre kennen.”
Video-Link: https://youtu.be/6bWra2Wvudk
Aber während die Forscher bodengestützte Daten betrachteten, um die Existenz der heißen Erde zu bestätigen, entdeckten sie zwei weitere Welten. Der fernere Planet namens GJ 357d ist besonders erstaunlich.
“GJ 357d liegt innerhalb des äußeren Randes der habitablen Zone seines Sterns, wo er ungefähr die gleiche Menge Energie von seinem Stern erhält wie der Mars von der Sonne”, sagte die Co-Autorin Diana Kossakowski vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg (Deutschland). “Wenn der Planet eine dichte Atmosphäre besitzt (was zukünftige Studie feststellen müssen), dann könnte er genug Wärme einfangen, um ihn zu erwärmen und flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zu erlauben.”
Ohne eine Atmosphäre besitzt er eine Gleichgewichtstemperatur von -53 Grad Celsius, was den Planeten mehr glazial als bewohnbar machen würde. Der Planet hat mindestens die 6,1-fache Masse der Erde und umkreist den Stern alle 55,7 Tage in einer Distanz, die etwa 20 Prozent der Entfernung zwischen Sonne und Erde entspricht. Die Größe und Zusammensetzung des Planeten sind unbekannt, aber eine Gesteinswelt mit dieser Masse hätte eine Größe von 1-2 Erdgrößen.
Obwohl TESS den Stern einen Monat lang überwachte, sagte Luques Team voraus, dass jeglicher Transit außerhalb des Beobachtungsfensters von TESS stattgefunden hätte.
GJ 357c, der mittlere Planet, besitzt mindestens die 3,4-fache Erdmasse und umkreist den Stern alle 9,1 Tage in einer Distanz, die etwas mehr als der doppelten Distanz des Transit-Planeten entspricht. Er weist eine Gleichgewichtstemperatur von circa 127 Grad Celsius auf. TESS beobachtete keine Transits dieses Planeten, was darauf schließen lässt, dass seine Umlaufbahn relativ zur Umlaufbahn der heißen Erde leicht geneigt ist, vielleicht um weniger als ein Grad. Deswegen läuft er aus unserer Perspektive betrachtet nie vor seinem Stern vorbei.
Um die Präsenz von GJ 357b zu bestätigen und seine Nachbarn zu entdecken wandten sich Luque und seine Kollegen existierenden, bodenbasierten Messungen der Radialgeschwindigkeit des Sterns zu. Das ist die Geschwindigkeit seiner Bewegung entlang unserer Sichtlinie. Ein umkreisender Planet übt eine gravitative Kraft auf seinen Stern aus, was in einer kleinen Gegenbewegung resultiert, die Astronomen mittels winziger Farbveränderungen des Sternlichts registrieren können. Astronomen haben seit Jahrzehnten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode nach Planeten um helle Sterne gesucht. Oft machen sie diese umfangreichen, präzisen Beobachtungen öffentlich, so dass sie von anderen Astronomen verwendet werden können.
Luques Team untersuchte bodenbasierte Daten, die bis ins Jahr 1998 zurückreichen. Die Daten stammten unter anderem vom Las Campanas Observatory der Europäischen Südsternwarte in Chile, dem W.M. Keck Observatory auf Hawaii und dem Calar Alto Observatory in Spanien. Eine Abhandlung, die die Ergebnisse beschreibt, wurde am 31. Juli 2019 im Journal Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
TESS ist eine Astrophysics Explorer Mission der NASA und wird vom MIT in Cambridge (Massachusetts) geführt und betrieben, geleitet vom Goddard Space Flight Center der NASA. Zu den weiteren Partnern gehören Northrop Grumman in Falls Church (Virginia), das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley, das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (Massachusetts), das Lincoln Laboratory am MIT und das Space Telescope Science Institute in Baltimore. Mehr als ein Dutzend Universitäten, Forschungsinstitute und Observatorien weltweit sind an der Mission beteiligt.
(THK)
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