Zwei neue Exoplaneten wurden entdeckt, die einen Stern umkreisen, der zu einem Doppelgängerpaar gehört und etwa 250 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Draco liegt.
Astronomen haben zwei neue Exoplaneten entdeckt, die anderen Welten in der Milchstraße ähneln, aber nicht mit denen in unserem eigenen Sonnensystem vergleichbar sind.
Die beiden Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, umkreisen einen Stern namens TOI-1453, der etwas kühler und kleiner ist als unsere Sonne. TOI-1453 befindet sich etwa 250 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Draco und gehört zu einem Doppelsternsystem, bei dem sich zwei Sterne gegenseitig umkreisen.
Diese beiden neuen Himmelskörper, die als Supererde und Subneptun eingestuft werden, gehören zu den häufigsten Exoplanetenarten in der Milchstraßengalaxie, sind aber in unserem eigenen Sonnensystem nicht zu finden.
Die Astronomen entdeckten die beiden neuen Exoplaneten mit den Namen TOI-1453 b und TOI-1453 c mit Hilfe von Daten des NASA-Satelliten TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) und des Spektrographen HARPS-N (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher for the Northern Hemisphere), der auf dem Telescopio Nazionale Galileo im Observatorium Roque de los Muchachos auf der Insel La Palma in den Kanarischen Inseln, Spanien, installiert ist.
TESS sucht nach Exoplaneten, indem es nach einer vorübergehenden Abnahme der Helligkeit eines Sterns sucht, auch bekannt als Transitmethode. Wenn ein Helligkeitsabfall beobachtet wird, deutet dies darauf hin, dass ein Planet vor seinem Wirtsstern vorbeigezogen ist (aus unserer Perspektive auf der Erde) und das Licht des Sterns kurzzeitig daran gehindert hat, unsere Instrumente zu erreichen. Durch die Messung dieses Effekts können die Astronomen auch die Größe und die Umlaufzeit des möglichen Exoplaneten abschätzen.
Das Instrument HARPS-N, das die TESS-Daten ergänzt, ist ein hochauflösender Radialgeschwindigkeits-Spektrograph, der das Lichtspektrum eines Sterns misst, um Verschiebungen zu erkennen, die durch umkreisende Exoplaneten verursacht werden. Das Instrument nutzt die so genannte Doppler-Methode, um nach einem subtilen „Wobble“ eines Sterns zu suchen, das durch die Gravitationskraft eines umkreisenden Planeten verursacht wird.
„Die beiden Planeten bieten einen interessanten Kontrast in ihren Eigenschaften“, sagte Manu Stalport, Erstautor der Studie und Astrophysiker an der Universität Lüttich, in der Erklärung. „TOI-1453 b ist eine Super-Erde, etwas größer als unser Planet und wahrscheinlich felsig. Er vollendet seine Umlaufbahn in nur 4,3 Tagen, was ihn zu einem sehr nahen Planeten zu seinem Stern macht.“
Als „Super-Erde“ werden Exoplaneten bezeichnet, die massereicher sind als die Erde, aber weniger massiv als Eisriesen wie Neptun und Uranus. Es wird angenommen, dass sie hauptsächlich aus Gestein bestehen, ähnlich wie die Erde, aber ihre größere Größe kann zu einer stärkeren Schwerkraft an der Oberfläche führen, was ihre Atmosphäre und geologischen Prozesse beeinflusst.
Angesichts der Nähe zu seinem Wirtsstern ist TOI-1453 b wahrscheinlich extrem heiß, mit Oberflächentemperaturen, die hoch genug sind, um jede nennenswerte Atmosphäre abzutragen. (Zum Vergleich: Merkur – der sonnennächste Planet in unserem Sonnensystem – vollendet seine Umlaufbahn in 88 Tagen und ist so heiß, dass auch er keine nennenswerte Atmosphäre besitzt).
„Im Gegensatz dazu ist TOI-1453 c ein Sub-Neptun, etwa 2,2 Mal so groß wie die Erde, aber mit einer außerordentlich geringen Masse von nur 2,9 Erdmassen“, so Stalport in der Erklärung. „Das macht ihn zu einem der am wenigsten dichten Sub-Neptune, die jemals entdeckt wurden, was Fragen über seine Zusammensetzung aufwirft.“
Die unglaublich niedrige Dichte von TOI-1453 c deutet darauf hin, dass der Exoplanet wahrscheinlich eine dicke, wasserstoffreiche Atmosphäre oder eine Zusammensetzung hat, die von Wasser dominiert wird.
„Das macht ihn zu einem idealen Kandidaten für künftige Atmosphärenstudien“, so Stalport weiter. „Das Verständnis ihrer Entstehung und Entwicklung könnte Aufschluss über die Entwicklung von Planetensystemen, einschließlich unseres eigenen, geben“.
Die Zugehörigkeit zu einem Doppelsternsystem – das heißt, es gibt einen zweiten stellaren Begleiter – macht den neuen Exoplanetenfund auch deshalb besonders interessant, weil Planeten, die sich in der Umgebung von Doppelsternsystemen bilden, komplexeren Gravitationswechselwirkungen ausgesetzt sind.
Beobachtungen von TOI-1453 b und TOI-1453 c zeigen, dass die Exoplaneten ihren Wirtsstern in einer nahezu 3:2-Resonanz umkreisen, was bedeutet, dass auf drei Umläufe des inneren Planeten fast genau zwei Umläufe des äußeren Planeten entfallen. Dies deutet darauf hin, dass sich die Umlaufbahnen der Exoplaneten im Laufe der Zeit durch Wechselwirkungen mit benachbarten kosmischen Objekten wie Gas, Planetesimalen oder einem Begleitstern verändert haben könnten, wodurch der innere Planet, TOI-1453 b, auf eine Umlaufbahn gebracht wurde, die viel näher an seinem Wirtsstern liegt.
Die Astronomen hoffen, zusätzliche Instrumente wie das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) einzusetzen, um die Exoplaneten weiter zu untersuchen und tiefer in die Atmosphäre von TOI-1453 c zu blicken. Wenn diese Sub-Neptunwelt eine substanzielle, wasserstoffreiche Atmosphäre oder ein von Wasser dominiertes Inneres hat, könnte sie unser Verständnis der Entstehung solcher Exoplaneten neu definieren – und vielleicht endlich neue Hinweise darauf liefern, warum wir in unserem eigenen Sonnensystem keine haben.
Ihre Ergebnisse wurden am 23. Februar in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics zur Veröffentlichung angenommen.
