Künstlerillustration des felsigen Planeten um den M-Zwerg Gliese 876. Bildnachweis: NSF. Klicken um zu vergrößern.
Ein Team von Astronomen hat einen großen Schritt auf dem Weg zur Suche nach erdähnlichen Planeten jenseits unseres eigenen Sonnensystems gemacht und die Entdeckung des kleinsten bisher entdeckten extrasolaren Planeten angekündigt. Etwa siebeneinhalb Mal so massereich wie die Erde, mit etwa dem doppelten Radius, ist es möglicherweise der erste felsige Planet, der jemals einen normalen Stern umkreist, der sich nicht wesentlich von unserer Sonne unterscheidet.
Alle fast 150 anderen extrasolaren Planeten, die bisher um normale Sterne herum entdeckt wurden, waren größer als Uranus, ein Eisriese, der etwa die 15-fache Masse der Erde hat.
"Wir gehen immer wieder an die Grenzen dessen, was wir entdecken können, und nähern uns immer mehr der Suche nach Erden", sagte Teammitglied Steven Vogt, Professor für Astronomie und Astrophysik an der University of California in Santa Cruz.
Die heutigen Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zur Beantwortung einer der tiefgreifendsten Fragen, die die Menschheit stellen kann: Sind wir allein im Universum? sagte Michael Turner, Leiter der Direktion für Mathematik und Physik der National Science Foundation, die die Forschung teilweise finanzierte.
Die neu entdeckte "Supererde" umkreist den Stern Gliese 876, der sich nur 15 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Wassermann befindet. Dieser Stern besitzt auch zwei größere Planeten in Jupiter-Größe. Der neue Planet peitscht in nur zwei Tagen um den Stern und ist so nahe an der Oberfläche des Sterns, dass seine Temperatur wahrscheinlich 200 bis 400 Grad Celsius übersteigt - ofenähnliche Temperaturen, die für das Leben viel zu heiß sind als wir weiß es.
Die Fähigkeit, das winzige Wackeln zu erkennen, das der Planet im Stern hervorruft, gibt den Astronomen jedoch das Vertrauen, dass sie noch kleinere felsige Planeten in für das Leben gastfreundlicheren Umlaufbahnen erkennen können.
"Dies ist der kleinste bisher entdeckte extrasolare Planet und der erste einer neuen Klasse felsiger terrestrischer Planeten", sagte Teammitglied Paul Butler von der Carnegie Institution of Washington. "Es ist wie der größere Cousin der Erde."
Das Team misst eine Mindestmasse für den Planeten von 5,9 Erdmassen und umkreist Gliese 876 mit einem Zeitraum von 1,94 Tagen in einer Entfernung von 0,021 astronomischen Einheiten (AU) oder 2 Millionen Meilen.
Obwohl das Team keinen direkten Beweis dafür hat, dass der Planet felsig ist, hindert seine geringe Masse ihn daran, Gas wie Jupiter zurückzuhalten. Drei weitere angebliche felsige Planeten wurden gemeldet, aber sie umkreisen einen Pulsar, die blinkende Leiche eines explodierten Sterns.
"Dieser Planet beantwortet eine alte Frage", sagte Teamleiter Geoffrey Marcy, Professor für Astronomie an der University of California in Berkeley. „Vor über 2.000 Jahren stritten sich die griechischen Philosophen Aristoteles und Epikur darüber, ob es andere erdähnliche Planeten gibt. Jetzt haben wir zum ersten Mal Beweise für einen felsigen Planeten um einen normalen Stern. “
Marcy, Butler, der theoretische Astronom Jack Lissauer von der NASA / Ames Research Center und der Postdoktorand Eugenio J. Rivera von den Observatorien der Universität von Kalifornien / Lick Observatory an der UC Santa Cruz präsentierten ihre Ergebnisse heute (Montag, 13. Juni) während einer Presse Konferenz bei NSF in Arlington, Va.
Ihre am Keck Observatory in Hawaii durchgeführten Forschungsarbeiten wurden von NSF, der National Aeronautics and Space Administration, der University of California und der Carnegie Institution of Washington unterstützt.
Ein Artikel mit detaillierten Angaben zu den Ergebnissen wurde dem Astrophysical Journal vorgelegt. Mitautoren des Papiers sind Steven Vogt und Gregory Laughlin vom Lick Observatory an der University of California in Santa Cruz; Debra Fischer von der San Francisco State University; und Timothy M. Brown vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung der NSF in Boulder, Colorado.
Gliese 876 (oder GJ 876) ist ein kleiner roter Stern, der als M-Zwerg bekannt ist? die häufigste Art von Stern in der Galaxie. Es befindet sich im Sternbild Wassermann und ist mit etwa einem Drittel der Sonnenmasse der kleinste Stern, um den herum Planeten entdeckt wurden. Butler und Marcy entdeckten dort 1998 den ersten Planeten. Es erwies sich als ein Gasriese, der ungefähr doppelt so groß war wie der Jupiter. Dann, im Jahr 2001, berichteten sie über einen zweiten Planeten, einen weiteren Gasriesen, der etwa die Hälfte der Masse des Jupiter ausmacht. Die beiden befinden sich in Resonanzbahnen, wobei der äußere Planet 60 Tage benötigt, um den Stern zu umkreisen, doppelt so lange wie der innere Riesenplanet.
Lissauer und Rivera haben Keck-Daten auf dem Gliese 876-System analysiert, um die ungewöhnlichen Bewegungen der beiden bekannten Planeten zu modellieren. Vor drei Jahren hatten sie die Ahnung, dass es einen kleineren dritten Planeten geben könnte, der den Stern umkreist. Wenn sie die resonante Wechselwirkung zwischen den beiden bekannten Planeten nicht berücksichtigt hätten, hätten sie den dritten Planeten niemals gesehen.
"Wir hatten ein Modell für die beiden Planeten, die miteinander interagieren, aber als wir den Unterschied zwischen dem Zwei-Planeten-Modell und den tatsächlichen Daten betrachteten, fanden wir eine Signatur, die als dritter Planet interpretiert werden konnte", sagte Lissauer.
Ein Drei-Planeten-Modell passte durchweg besser zu den Daten, fügte Rivera hinzu. "Aber weil das Signal von diesem dritten Planeten nicht sehr stark war, waren wir sehr vorsichtig bei der Ankündigung eines neuen Planeten, bis wir mehr Daten hatten", sagte er.
Die jüngsten Verbesserungen des hochauflösenden Spektrometers (HIRES) des Keck-Teleskops lieferten wichtige neue Daten. Vogt, der HIRES entwarf und baute, arbeitete im vergangenen August mit dem technischen Personal der UC Observatories / Lick Observatory Laboratories an der UC Santa Cruz zusammen, um die CCD-Detektoren (Charge Coupled Device) des Spektrometers zu verbessern.
"Es sind die Daten mit höherer Genauigkeit aus den aktualisierten HIRES, die uns Vertrauen in dieses Ergebnis geben", sagte Butler.
Das Team verfügt nun über überzeugende Daten für den Planeten, der sehr nahe am Stern in einer Entfernung von etwa 10 Sternradien umkreist. Das ist weniger als ein Zehntel der Größe der Quecksilberbahn in unserem Sonnensystem.
"In einer zweitägigen Umlaufbahn ist es ungefähr 200 Grad Celsius zu heiß für flüssiges Wasser", sagte Butler. „Das führt uns zu dem Schluss, dass die wahrscheinlichste Zusammensetzung dieses Dings den inneren Planeten dieses Sonnensystems ähnelt? ein Nickel-Eisen-Gestein, ein felsiger Planet, ein terrestrischer Planet. “
"Die Masse des Planeten könnte leicht an einer Atmosphäre festhalten", bemerkte Laughlin, Assistenzprofessor für Astronomie an der UC Santa Cruz. „Es wäre immer noch ein felsiger Planet, wahrscheinlich mit einem Eisenkern und einem Siliziummantel. Es könnte sogar eine dichte dampfende Wasserschicht haben. Ich denke, was wir hier sehen, liegt zwischen einem wahren Erdplaneten wie der Erde und einer heißen Version der Eisriesen Uranus und Neptun. "
In Kombination mit einer verbesserten Computersoftware können die neuen CCD-Detektoren (Charge Coupled Device), die von diesem Team für das HIRES-Spektrometer von Keck entwickelt wurden, jetzt die Doppler-Geschwindigkeit eines Sterns auf einen Meter pro Sekunde messen. menschliche Gehgeschwindigkeit? anstelle der vorherigen Genauigkeit von drei Metern pro Sekunde. Diese verbesserte Empfindlichkeit ermöglicht es dem Planetenjagdteam, den Gravitationseffekt eines erdähnlichen Planeten in der bewohnbaren Zone von M Zwergsternen wie Gliese 876 zu erfassen.
"Wir drängen in Keck auf ein völlig neues Regime, um eine Genauigkeit von einem Meter pro Sekunde zu erreichen, die dreimal so hoch ist wie unsere alte Genauigkeit. Damit sollten wir in den nächsten Jahren auch Planeten mit Erdmasse um sonnenähnliche Sterne sehen können", sagte Butler.
"Unser Team von UC Santa Cruz und Lick Observatory hat eine enorme Menge an optischen, technischen und Detektorarbeiten durchgeführt, um das Keck-Teleskop zu einem felsigen Planetenjäger zu machen, dem besten der Welt", fügte Marcy hinzu.
Lissauer ist auch begeistert von einer weiteren Leistung, die in dem der Zeitschrift vorgelegten Artikel berichtet wird. Zum ersten Mal haben er, Rivera und Laughlin die Neigung der Sichtlinie der Umlaufbahn des Sternensystems ausschließlich aus dem beobachteten Doppler-Wackeln des Sterns bestimmt. Mithilfe dynamischer Modelle der Wechselwirkung der beiden Planeten in Jupiter-Größe konnten sie die Massen der beiden Riesenplaneten aus den beobachteten Formen und Präzessionsraten ihrer ovalen Umlaufbahnen berechnen. Präzession ist das langsame Drehen der Längsachse der elliptischen Umlaufbahn eines Planeten.
Sie zeigten, dass die Orbitalebene um 40 Grad zu unserer Sichtlinie geneigt ist. Dies ermöglichte es dem Team, die wahrscheinlichste Masse des dritten Planeten auf siebeneinhalb Erdmassen zu schätzen.
"Diese Studie beinhaltet mehr dynamische Modellierung als jede andere frühere Studie", sagte Lissauer.
Das Team plant, den Stern Gliese 876 weiterhin zu beobachten, ist jedoch bestrebt, andere terrestrische Planeten unter den 150 oder mehr M-Zwergplaneten zu finden, die sie regelmäßig mit Keck beobachten.
"Bisher finden wir fast keine Jupiter-Massenplaneten unter den M-Zwergsternen, die wir beobachtet haben, was darauf hindeutet, dass es stattdessen eine große Population kleinerer Massenplaneten geben wird", bemerkte Butler.
Originalquelle: Pressemitteilung des Carnegie Institute
