TESS entdeckt eine faszinierende Welt zwischen Erde und Venus

Mithilfe von Beobachtungen des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA und vieler anderer Einrichtungen haben zwei internationale Astronomenteams einen Planeten zwischen der Größe der Erde und der Venus entdeckt, der nur 40 Lichtjahre entfernt liegt. Mehrere Faktoren machen es zu einem idealen 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 dabei Helligkeitsänderungen von Zehntausenden Sternen in Abständen von 20 Sekunden bis 30 Minuten. Eines der Hauptziele der Mission ist die Erfassung von Transiten – einer kurzen, regelmäßigen Verdunkelung von Sternen, die durch vorbeiziehende Welten im Orbit verursacht wird.

„Wir haben den bislang nächsten erdgroßen Transitplaneten mit gemäßigtem Klima gefunden“, sagte Masayuki Kuzuhara, Projektassistentprofessor am Tokyo Astrobiology Center, der zusammen mit Akihiko Fukui, Projektassistent, ein Forschungsteam leitete. Professor an der Universität Tokio. „Obwohl wir noch nicht wissen, ob sie eine Atmosphäre hat, halten wir sie für eine Exo-Venus mit einer ähnlichen Größe und Energie, die sie von ihrem Stern erhält wie unser planetarischer Nachbar im Sonnensystem.“

Der Wirtsstern namens Gliese 12 ist ein kühler Roter Zwerg, der fast 40 Lichtjahre entfernt im Sternbild Fische liegt. Der Stern hat nur etwa 27 % der Größe der Sonne und etwa 60 % der Temperatur der Sonnenoberfläche. Die neu entdeckte Welt mit dem Namen Gliese 12 b umkreist alle 12,8 Tage und ist so groß wie die Erde oder etwas kleiner, vergleichbar mit der Venus. Unter der Annahme, dass er keine Atmosphäre hat, wird die Oberflächentemperatur des Planeten auf etwa 42 Grad Celsius geschätzt.

Astronomen sagen, dass Rote Zwergsterne aufgrund ihrer geringen Größe und Masse ideal für die Suche nach erdgroßen Planeten sind. Ein kleinerer Stern bedeutet eine größere Schwächung bei jedem Durchgang, und eine geringere Masse bedeutet, dass ein umlaufender Planet ein stärkeres Wackeln, eine sogenannte „Reflexbewegung“, des Sterns hervorrufen kann. Diese Effekte erleichtern die Erkennung kleinerer Planeten.

Die geringere Leuchtkraft roter Zwergsterne bedeutet auch, dass ihre habitablen Zonen – der Bereich der Umlaufbahnentfernungen, in denen flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten existieren könnte – näher bei ihnen liegen. Dies macht es einfacher, vorbeiziehende Planeten in bewohnbaren Zonen um Rote Zwerge zu erkennen als solche um Sterne, die mehr Energie abgeben.

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 % dessen, was die Venus erfährt.

„Gliese 12 b stellt eines der besten Ziele dar, um zu untersuchen, ob erdgroße Planeten, die kühle Sterne umkreisen, ihre Atmosphäre behalten können, ein entscheidender Schritt, um unser Verständnis der Bewohnbarkeit von Planeten in unserer Galaxie voranzutreiben“, sagte Shishir Dholakia, Doktorand bei Das Institut. Zentrum für Astrophysik an der University of Southern Queensland in Australien. Er leitete gemeinsam mit Larissa Palethorpe, einer Doktorandin an der University of Edinburgh und dem University College London, ein weiteres Forschungsteam.

Beide Teams schlagen vor, dass die Untersuchung von Gliese 12 b dazu beitragen könnte, Aspekte der Entwicklung unseres eigenen Sonnensystems aufzudecken.

„Es wird angenommen, dass die frühen Atmosphären der Erde und der Venus durch vulkanische Ausgasungen und Bombardierung durch Restmaterial im Sonnensystem zerstört und dann wieder aufgefüllt wurden“, erklärte Palethorpe. „Die Erde ist bewohnbar, die Venus jedoch nicht, weil sie dort völlig Wasser verliert. Da Gliese 12 b temperaturmäßig zwischen Erde und Venus liegt, könnte uns seine Atmosphäre viel über die Wege zur Bewohnbarkeit lehren, die die Planeten bei ihrer Entwicklung einschlagen.“

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

Ein von Kuzuhara und Fukui herausgegebener Artikel erscheint in Briefe aus der astrophysikalischen Zeitschrift. Die Ergebnisse aus Dholakia und Palethorpe wurden in veröffentlicht Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society am selben Tag.

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

„Wir kennen nur eine Handvoll erdähnliche Planeten in gemäßigten Klimazonen, die uns nahe genug sind und andere Kriterien erfüllen, die für diese Art von Studie, die sogenannte Transmissionsspektroskopie, mit aktuellen Einrichtungen erforderlich sind“, sagte Michael McElwain, Forschungsastrophysiker am Goddard der NASA . Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, und Co-Autor des Kuzuhara- und Fukui-Artikels. „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; NASA Ames Research Center im kalifornischen Silicon Valley; das Astrophysikzentrum | Harvard und Smithsonian in Cambridge, Massachusetts; MIT Lincoln Laboratory; und das Space Telescope Science Institute in Baltimore. An dieser Mission sind mehr als ein Dutzend Universitäten, Forschungsinstitute und Observatorien auf der ganzen Welt beteiligt.