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Eine Illustration zeigt den NASA-Exoplanetenjäger TESS und einen Schurkenplaneten.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)

Der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA hat möglicherweise seinen ersten frei schwebenden oder „verwaisten“ Planeten entdeckt. Das ist ein Planet, der ganz allein und ohne Stern im Kosmos umherwandert.

Die potenzielle Entdeckung zeigt, dass TESS ein Phänomen nutzen kann, das erstmals vor über 100 Jahren von Albert Einstein vorgeschlagen wurde, um diese so genannten Schurkenplaneten zu entdecken.

Trotz der Tatsache, dass wir am meisten mit Planeten vertraut sind, die einen Mutterstern (oder mehrere Sterne) umkreisen, nachdem wir über 5.000 Exoplaneten entdeckt haben, die in einer solchen Anordnung existieren, wird geschätzt, dass die Milchstraße auch mit einer riesigen Anzahl von frei schwebenden Schurkenplaneten bevölkert ist.

In der Tat könnte unsere Galaxie bis zu einer Billiarde (10 gefolgt von 14 Nullen) Schurkenplaneten enthalten, die durch gravitative Wechselwirkungen mit anderen Planeten oder vorbeiziehenden Sternen aus ihren Heimatsystemen herausgeschleudert wurden. Das bedeutet, dass diese frei schwebenden Welten die Anzahl der Sterne in der Milchstraße bei weitem übertreffen könnten. Daher ist die mögliche Entdeckung eines solchen kosmischen Waisenkindes durch TESS, das 2018 gestartet ist, eine große Sache.

„Wir haben das erste Signal in den TESS-Daten entdeckt, das mit dem übereinstimmt, was man von der Mikrolinsenerfassung eines frei schwebenden Planeten erwarten würde“, sagte die Co-Leiterin des Teams, Michelle Kunimoto, eine Postdoktorandin, die sich auf die Entdeckung von Exoplaneten am Massachusetts Institute of Technology (MIT) spezialisiert hat, gegenüber kosmischeweiten.de.

„Dies war nur der erste Sektor, den wir von den 75, die TESS beobachtet hat, durchsucht haben, wobei jeder Sektor etwa 27 Tagen an TESS-Beobachtungen entspricht“, so Kunimoto weiter. „So früh etwas zu finden, war überraschend – aber wirklich aufregend.“

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Sollte dieses Signal tatsächlich auf einen abtrünnigen Exoplaneten hindeuten, so das Team gegenüber kosmischeweiten.de, würde es sich wahrscheinlich um einen Planeten mit einer Masse handeln, die einige Male so groß ist wie die der Erde, und der sich in einer Entfernung von nicht weniger als 6.500 Lichtjahren befindet.

Ein wenig „Schurkenjagd“-Hilfe von Einstein

Die meisten der bisher entdeckten Exoplaneten wurden durch den Einfluss, den sie auf ihren Mutterstern haben, angedeutet. Dabei kann es sich um ein „Wackeln“ in der Bewegung des Sterns handeln, das durch die geringe Gravitationskraft eines umkreisenden Planeten verursacht wird, oder um einen Lichtabfall, der auftritt, wenn ein umkreisender Planet die Oberfläche seines Sterns kreuzt oder „durchquert“.

Ohne einen Mutterstern ist jedoch keine dieser Methoden anwendbar. Das macht das Aufspüren von Schurkenplaneten so schwierig.

„Schurkenplaneten sind, wie zu erwarten, dunkel und umkreisen keine Sterne, was bedeutet, dass die üblichen Techniken zum Aufspüren von Exoplaneten nicht wirklich funktionieren“, sagte Kunimoto.

Glücklicherweise sagt Einsteins Gravitationstheorie aus dem Jahr 1915, besser bekannt als allgemeine Relativitätstheorie, ein Phänomen voraus, mit dem sich diese frei schwebenden Exoplaneten aufspüren lassen.

Einstein geht davon aus, dass Objekte mit Masse die Struktur von Raum und Zeit, die Raumzeit, krümmen, wobei die Schwerkraft durch diese Krümmung entsteht. Wenn Licht einen dieser gekrümmten Punkte in der Raumzeit passiert, wird seine Bahn gekrümmt. Das bedeutet, dass das Licht einer Hintergrundquelle, z. B. eines Sterns oder einer Galaxie, unterschiedliche Wege um das dazwischenliegende „linsenartige“ Objekt nehmen kann und somit zu unterschiedlichen Zeiten im Blickfeld eines Beobachters ankommt.

Dieses Phänomen wird als „Gravitationslinsen“ bezeichnet und führt dazu, dass sich die Position der Hintergrundquelle aus der Perspektive des Beobachters verschiebt oder an mehreren Stellen desselben Bildes auftaucht.

Ein Diagramm, das zeigt, wie Planeten, die zwischen einem fernen Stern und dem TESS-Exoplanetenjäger vorbeiziehen, Gravitationslinsen verursachen können, die es ermöglichen, sie zu entdecken. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)

Schurkenplaneten haben eine sehr geringe Masse, so dass der Linseneffekt schwach ist und daher als „Microlensing“ bezeichnet wird. Dennoch kann er eine Aufhellung einer Hintergrundquelle verursachen, die für Astronomen sichtbar ist, was auf die Anwesenheit eines Schurkenplaneten hinweist.

„Microlensing ist die beste – und in der Regel die einzige – Möglichkeit, diese dunklen, isolierten Objekte zu finden, da es nur auf die Masse eines Planeten durch sein Gravitationsfeld angewiesen ist“, sagte Kunimoto.

Die Schwerkraft eines frei schwebenden „Schurkenplaneten“ kann das Licht eines fernen Sterns ablenken und bündeln, wenn er dicht vor ihm vorbeizieht. Aufgrund des verzerrten Bildes erscheint der Stern vorübergehend viel heller. (Bildnachweis: J. Skowron/Warschauer Universitätsobservatorium)

Vergessen Sie das „T“ in TESS

Wie das „T“ für Transit in TESS andeutet, ist dieses Weltraumteleskop vielleicht nicht sofort das richtige Instrument für die Jagd nach Schurkenplaneten.

„TESS wurde entwickelt, um nach Planeten zu suchen, die eng an ihre Wirtssterne gebunden sind, indem es nach Transits sucht“, erklärt Kunimoto. Transite sind die ‚Verdunkelungen‘ des Sterns, die durch einen vorbeiziehenden Planeten verursacht werden, wie man sie vielleicht bei der jüngsten Sonnenfinsternis gesehen hat“, erklärt Kunimoto. „Wie bereits erwähnt, kann die Gravitationslinse jedoch auch dazu führen, dass ein Hintergrundstern heller wird, wenn ein Objekt zwischen diesem Stern und der Erde vorbeizieht. Kunimoto erläuterte, dass TESS aufgrund seiner Empfindlichkeit für winzige Veränderungen im Licht eines Sterns auch diese Aufhellungen aufspüren kann – ein typisches Merkmal des Mikrolensings, das durch frei schwebende Planetenschurken verursacht wird.

Aber in Anbetracht dessen könnte man sich fragen: Warum ist dies der erste potenzielle Schurken-Exoplanet unter den anderen etwa 6.000 Exoplaneten-Kandidaten (von denen etwa 400 bestätigt wurden), die TESS seit 2018 entdeckt hat?

TESS ist erstaunlich gut geeignet, um Schurkenplaneten durch Mikrolensing zu finden, aber es hat sich herausgestellt, dass diese Art von Signalen in den TESS-Daten bisher nicht wirklich untersucht worden ist“, so Kunimoto. „Unser Ansatz, mit Mikrolensing nach ungebundenen Planeten zu suchen, und der daraus resultierende planetarische Mikrolensing-Kandidat waren beides Premieren für TESS.

„Da die TESS-Daten bisher nicht für die Suche nach kurzzeitigen Mikrolensing-Ereignissen verwendet wurden, war die bisherige Suche nach Exoplaneten nicht empfindlich genug, um diese Signale zu erkennen.“

Eine Illustration zeigt einen kalten, verwaisten Schurkenplaneten, der aufgrund des Fehlens eines Muttersterns mit Eis bedeckt ist und keine eigene Lichtquelle besitzt. (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center)

Wie bei vielen anderen entdeckten Exoplaneten-Kandidaten muss diese Entdeckung jedoch leider noch bestätigt werden.

„Es ist wichtig zu sagen, dass wir im Moment nicht bestätigen können, dass es sich um einen Planeten handelt“, sagte Kunimoto. „Die Tatsache, dass sich Microlensing-Ereignisse nicht wiederholen, bedeutet, dass es schwierig ist, die Natur eines bestimmten Signals zu erkennen. Daher sind wir vorsichtig, was den Ursprung dieses Ereignisses angeht, und nennen es einen ‚Kandidaten‘ für einen Schurkenplaneten, weil es mit dem Signal übereinstimmt, das man von einer solchen Welt erwarten würde.“

Sie fügte hinzu, dass die Wahrheit über das Signal langsam klarer werden wird, wenn das Team weitere TESS-Daten auswertet und Folgebeobachtungen durchführt.

Doch die Vorläufigkeit dieser Ergebnisse hat den Enthusiasmus des Teams und seine Begeisterung nicht getrübt.

„Ich bin auf jeden Fall zehn von zehn Punkten begeistert“, sagte William DeRocco, Co-Leiter des Teams und Forscher an der University of California Santa Cruz, gegenüber kosmischeweiten.de. „Ich bin es gewohnt, nach dunkler Materie zu suchen, bei der die Wahrscheinlichkeit, tatsächlich etwas zu sehen, äußerst gering ist, daher ist die Möglichkeit, etwas wie eine Schurkenwelt zu entdecken, die in der Dunkelheit des interstellaren Raums treibt, einfach unglaublich.“

Die Autoren dieser Forschungsarbeit sind der Meinung, dass die Zukunft rosig aussieht, wenn es um die Aussicht geht, dass TESS weitere Schurkenplaneten entdeckt.

„Dies ist ein prinzipieller Beweis dafür, dass TESS diese Art von Signalen finden kann, und jetzt liegt es an uns, tiefer einzutauchen, um mehr zu finden und zu verstehen, was sie bedeuten könnten“, schloss Kunimoto. „Wir haben weniger als 1 % der TESS-Daten durchsucht; mit 99 %, die noch ausstehen, haben wir eine Fülle neuer Möglichkeiten für aufregende Entdeckungen auf unserem Weg!

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society eingereicht. Sie ist derzeit als Pre-Peer-Review-Paper auf der Repository-Website arXiv zu finden.