Illustration des neptunähnlichen Exoplaneten TOI 4633 c mit einem von Harry Potter inspirierten Spitznamen (Bildnachweis: Ed Bell für die Simons Foundation)
Wissenschaftler, die die vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA gesammelten Daten durchforsten, haben eine rekordverdächtige Welt entdeckt und ihr einen einprägsamen Spitznamen gegeben: Percival, nach dem Vater von Albus Dumbledore, dem Schulleiter von Hogwarts in den Harry Potter-Büchern.
In offizielleren Begriffen wird der extrasolare Planet oder „Exoplanet“ jedoch als TOI 4633 c bezeichnet.
Aber Percival hat noch mehr zu bieten als seine Verbindung zu den Dumbledores. Der Planet, der etwa dreimal so groß ist wie die Erde, umkreist TOI 4633 A, einen sonnengroßen Stern in einem Doppelsternsystem, das etwa 309 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Welt befindet sich außerdem in der bewohnbaren Zone dieses Sterns, einer Region, in der es weder zu heiß noch zu kalt ist, um flüssiges Wasser zuzulassen – daher auch ihr anderer Name: die „Goldlöckchen-Zone“.
Deshalb ist Percival so besonders. Er befindet sich nicht nur zufälligerweise in der Goldlöckchen-Zone, sondern Wissenschaftler glauben auch, dass sich Planeten mit halb so hoher Wahrscheinlichkeit in Systemen mit mehr als einem Stern bilden. Und das ist noch nicht alles.
Außerdem scheint Percival die längste Umlaufbahn seiner Planetenkategorie, nämlich der neptunähnlichen Planeten, zu haben. Der Exoplanet hat auch die zweitlängste Umlaufbahn, die bisher in allen TESS-Daten gefunden wurde, und ist eine von nur fünf Welten mit Umlaufbahnen von mehr als 100 Tagen, die die NASA-Sonde zur Exoplanetenjagd seit ihrem Start ins All im Jahr 2018 gesichtet hat.
„Dieser Planet ist in vielerlei Hinsicht bemerkenswert“, sagte Nora Eisner vom Center for Computational Astrophysics und leitende Forscherin des Planetenjägers TESS in einer Erklärung. „Er ist bemerkenswert in seiner Umlaufbahn, er ist bemerkenswert, weil er sich in der bewohnbaren Zone befindet und er ist bemerkenswert, weil er einen hellen Stern umkreist.“
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Was wissen wir über dieses magische Sternensystem?
Percival wurde entdeckt, weil er die Oberfläche des Sterns TOI 4633 kreuzt oder transitiert, was eine winzige Lichtdelle verursacht, die TESS empfindlich genug ist, um sie zu erkennen. Mit der Transitmethode lassen sich Planeten, die ihren Stern eng umkreisen, normalerweise besser aufspüren. Das liegt daran, dass Planeten, die ihren Stern eng umkreisen, mit größerer Wahrscheinlichkeit einen Transit zwischen der Erde und ihrem Stern machen, während die Instrumente der Wissenschaftler sie beobachten, so dass wir eine lichtblockierende Anordnung häufiger entdecken können.
Dennoch ist Percival für eine nach der Transitmethode entdeckte Welt ungewöhnlich weit von seinem Stern entfernt und benötigt etwa 272 Erdtage, um seinen Stern zu umkreisen.
Wissenschaftler gehen davon aus, dass es einen weiteren Planeten in diesem System gibt, TOI 4633 b, der näher an seinem Mutterstern kreist und nur 34 Erdtage für einen Umlauf benötigt. Diese Information konnte jedoch nicht bestätigt werden, da TOI 4633 b trotz seiner Nähe zu seinem Stern nicht zwischen seinem Stern und TESS hindurchfliegt. Er passiert seinen Stern also nicht von unserem Standpunkt aus, und unsere Instrumente haben Schwierigkeiten, ihn zu analysieren.
Auch der Stern TOI 4633 B ist Teil des Doppelsternsystems (beachten Sie die Großbuchstaben für die Sterne und die Kleinbuchstaben für die Planeten), der etwa 203 Erdjahre braucht, um TOI 4633 A und seine ihn umkreisenden Planeten zu umrunden.
Ein Diagramm, das das System TOI 4633 mit seinen Sternen und Planeten zeigt. (Bildnachweis: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation)
Binärsterne bilden sich in einem Sternsystem aus derselben Gas- und Staubwolke, wenn sich kühle, übermäßig dichte Regionen „verklumpen“ und genügend Masse ansammeln, um unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenzufallen. Wenn genügend Material vorhanden ist, können sich zwei Sterne bilden. Planeten werden aus dem Material geboren, das nach der Entstehung eines Sterns übrig bleibt, was erklärt, warum eine Materiewolke, die zwei Sterne hervorgebracht hat, mit geringerer Wahrscheinlichkeit auch Planeten hervorbringt.
„Die Entdeckung von Planeten in Mehrsternsystemen ist entscheidend für unser Verständnis, wie man aus demselben Material verschiedene Planeten herstellen kann“, sagte Eisner. „Es ist sehr aufregend, dass wir diesen gefunden haben.“
Obwohl sich Percival in der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet, ist er für das Leben, wie wir es kennen, wahrscheinlich nicht sehr freundlich. Der Planet hat wahrscheinlich keine feste Oberfläche; stattdessen scheint er aus einer dichten Atmosphäre aus Wasserdampf, Wasserstoff und Methan zu bestehen, was ihn eher zu einem Gasriesen des Sonnensystems als zu einer felsigen erdähnlichen Welt macht. So wie Jupiter und Saturn über Monde aus Eis und Gestein wie Enceladus verfügen, die Leben beherbergen könnten, könnte Percival von Exomonen umkreist werden, die für Lebewesen günstiger sind.
„Wenn dieser Planet einen Mond hätte, würde dieser Mond wahrscheinlich eine feste Oberfläche haben, die dann ein großartiger Ort sein könnte, um Wasser zu finden“, sagte Eisner.
Es gibt noch keine Anzeichen für diese Exomonde, aber das System wäre eine gute Wahl für künftige Kampagnen zur Entdeckung von Exomonden, dank der Helligkeit seiner Sterne und der langen Umlaufbahn von Percival, Faktoren, die für die Entdeckung von Exomonen als vorteilhaft gelten.
Die Entdeckung neuer Welten direkt von zu Hause aus
Die Bürgerwissenschaftler des Planet Hunters TESS-Programms unterstützen die Astronomen, indem sie riesige Datenmengen filtern, die die Forscher allein unmöglich bewältigen könnten. Das Programm hat sich ausgezahlt: 43.000 Freiwillige aus 90 Ländern haben den Astronomen bisher geholfen, rund 25 Millionen Objekte zu katalogisieren.
Das riesige Planet Hunters TESS-Team ist besonders geschickt darin, die schwachen Signale von Planeten auf langgestreckten Bahnen aufzuspüren, die von Computerprogrammen nur schwer identifiziert werden können.
„Das menschliche Gehirn hat eine wirklich unglaubliche Fähigkeit, Muster zu erkennen und Rauschen herauszufiltern“, sagte Eisner. „Während unsere Algorithmen Schwierigkeiten haben, diese Planeten mit längerer Umlaufzeit zu identifizieren, ist das bei den Bürgerwissenschaftlern nicht der Fall.“
Eine Illustration von TESS, dem Exoplanetenjäger der NASA, der einen Stern und seine Planeten beobachtet. (Bildnachweis: NASA)
Die Entdeckung von Percival erfolgte, als 15 TESS-Bürgerwissenschaftler von Planet Hunter ein Signal in den Daten entdeckten, das auf einen umlaufenden Planeten hindeutete. Eisner und ihr Team nahmen dann das System TOI 4633 genauer unter die Lupe und entdeckten winzige „Wobbler“ in der Bewegung eines der Sterne, die tatsächlich auf die Gravitationskraft umkreisender Planeten hinwiesen.
Bei einer genaueren Untersuchung des Systems mit Hilfe von Archivdaten, die über einen Zeitraum von fast 120 Jahren gesammelt wurden, entdeckte das Team, dass TOI 4633 nicht aus einem, sondern aus zwei Sternen besteht. Diese Sterne sind derzeit jedoch so nahe beieinander, dass sie nicht voneinander unterschieden werden können.
Es wird noch drei Jahrzehnte dauern, bis die Sterne TOI 4633 A und TOI 4633 B so weit voneinander entfernt sind, dass Astronomen die genaue Anordnung dieses Doppelsternsystems bestimmen können. Anhand dieser Daten ließe sich feststellen, ob die beiden Planeten tatsächlich beide Sterne umkreisen, was uns wiederum helfen könnte, besser zu verstehen, auf welche Sternsysteme wir uns bei der weiteren Suche nach Exoplaneten konzentrieren sollten.
„Wenn wir in der Lage wären, die Umlaufbahn der Planeten einzugrenzen, wäre das ein wichtiger Schritt, um unser Verständnis der Entstehung von Exoplaneten zu erweitern“, erklärte Eisner. „Es könnte uns auch helfen, eines Tages einen Stern und seine Eigenschaften zu betrachten und einige Vermutungen darüber anzustellen, welche Planeten möglicherweise in diesem System kreisen.“
In der Zwischenzeit, bevor mehr über dieses System erfahren werden kann, wird das Planet Hunter TESS-Team seine Suche nach faszinierenden Planeten außerhalb des Sonnensystems fortsetzen.
„Jedes Mal, wenn ich einen möglichen Transit entdecke, spüre ich, wie mein Herz schneller schlägt, und meine Aufregung steigt ins Unermessliche“, sagte Simon Bentzen, ein dänischer Bürgerwissenschaftler, der seit 2018 freiwillig bei Planet Hunters TESS mitarbeitet, in der Erklärung. „Ich bin sehr glücklich, dass ich geholfen habe, das neue System zu finden.
„Ich hoffe, dass die neuen Planeten zu unserem Verständnis der Planetenentstehung beitragen und helfen können, andere interessante planetarische Fragen zu beantworten.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag (30. April) in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht
