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Eine Illustration eines Exomonds, der einen Planeten außerhalb des Sonnensystems umkreist (Bildnachweis: NASA GSFC/Jay Friedlander und Britt Griswold)

Astronomen wussten schon immer, dass die Entdeckung von Monden um Planeten außerhalb des Sonnensystems kein leichtes Unterfangen sein würde – aber eine Debatte, die derzeit in Kreisen der Planetenforschung geführt wird, zeigt, wie schwierig es sein wird, diese so genannten Exomonde zu entdecken.

Die Geschichte beginnt im Jahr 2018, als Astronomen, darunter David Kipping, Assistenzprofessor für Astronomie an der Columbia University, glaubten, den ersten Exomond entdeckt zu haben. Es handelte sich um den Exoplaneten Kepler-1625b, eine Jupiter-ähnliche Welt, die etwa 8.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und zunächst mit dem Kepler-Weltraumteleskop entdeckt wurde.

Bei seiner angeblichen Entdeckung wurde der Mond von Kepler-1625b treffend als „Kepler-1625 b I“ bezeichnet. Später wurde er scheinbar durch Daten des Hubble-Weltraumteleskops weiter bestätigt. Dann, im Jahr 2022, entdeckte ein anderes Team, dem auch Kipping angehörte, einen zweiten Exomond, diesmal allein mit dem Kepler-Weltraumteleskop. Dieses Objekt wurde angeblich in der Umlaufbahn von Kepler-1708 b gesichtet, einem Gasriesen, der etwa 5.400 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und eine 4,6-fache Jupitermasse hat. Der potenzielle zweite Exomond hatte einen ähnlichen Namen wie der erste; er wurde als „Kepler-1708 b I“ bezeichnet.

Diese beiden Monde waren mit nichts anderem in unserem Sonnensystem vergleichbar. Beide waren zum Beispiel größer als die Erde und ähnelten damit einer Klasse von Exoplaneten, die „Mini-Neptune“ genannt werden. In dieser Hinsicht schienen die ersten Exomonen sogar einige der ersten Entdeckungen von Exoplaneten widerzuspiegeln, darunter auch Dinge, mit denen die Wissenschaftler nicht gerechnet hatten, wie etwa jupitergroße Welten, die sich an ihre Sterne schmiegen, oder Planeten, die schnell rotierende Neutronensterne, so genannte Pulsare, umkreisen.

Obwohl die Entdecker von Kepler-1625 b I und Kepler-1708 b I – nennen wir sie „Team Pro-Exomoon“ – der Existenz von Monden gegenüber aufgeschlossen waren und auch heute noch zu einer gesunden Skepsis neigen, schien es ziemlich sicher, dass die Menschheit ihre ersten Exomonde gefunden hatte, nachdem sie jahrzehntelang nur Exoplaneten entdeckt hatten.

Das galt bis Ende 2023, als ein separates Team von Astronomen unter der Leitung des Wissenschaftlers René Heller vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung – das „Team No-Exomoon“, wenn man so will – in einem in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Artikel beide Exomon-Entdeckungen in Frage stellte.

Kipping und Kollegen haben nun zurückgeschossen und eine Forschungsarbeit verfasst, die in einer Vorabdruckversion auf dem Repositorium arXiv erscheint und ihre Exomoon-Ergebnisse verteidigt.

„Ich glaube, dass Kepler-1625b und Kepler-1708b durchaus valide Exomond-Kandidaten sind, und ich denke, wir haben das überzeugend gezeigt“, so Kipping gegenüber kosmischeweiten.de. „Was denke ich also, was wirklich los ist, und warum haben sie den Mond nicht erwischt?“

Eine Exomond-Diskrepanz

Die Technik, mit der diese beiden Exoplaneten entdeckt wurden, ähnelt der Transitmethode, mit der bisher ein großer Teil der über 5.000 Planeten im Exoplaneten-Katalog entdeckt wurde.

Die Transitmethode beruht auf der Entdeckung einer winzigen Lichtdelle, die vom Mutterstern eines Planeten ausgeht und entsteht, wenn dieser Planet das Antlitz des Sterns aus unserer Perspektive im Kosmos kreuzt oder „durchquert“. Das gleiche Prinzip gilt für Exomonde, wenn auch in einem viel kleineren Maßstab. Wenn sich diese Monde genau in der richtigen Position um den Planeten befinden, den sie umkreisen, während dieser seinen Stern durchquert, sollte auch dies eine – wenn auch unbedeutendere – Lichtdelle verursachen.

Eine solche Mini-Lichtdelle ist jedoch der Hinweis, der die Existenz von Kepler-1625 b I und Kepler-1708 b I dem Team pro-exomoon nahelegte. Da diese durch den Transit eines Exomonds verursachte Lichtdelle jedoch so winzig ist, kann sie nicht direkt gesehen werden. Stattdessen sind leistungsstarke Software-Algorithmen erforderlich, um ihn aus den Teleskopdaten herauszukitzeln.

Kipping sagt, dass sowohl sein „Pro-Exomoon“-Team als auch Hellers „No-Exomoon“-Team die gleichen Daten von den gleichen Teleskopen verwendet haben, aber das Verschwinden von Kepler-1625 b I und Kepler-1708 b I könnte darauf zurückzuführen sein, wie die Teams diese Daten mit den verwendeten Algorithmen behandelt haben.

Kipping sagte gegenüber kosmischeweiten.de, dass das Team „no-exomoon“ Kepler-1708 b I aufgrund der Software, die sie für die Analyse der Daten des Hubble- und des Kepler-Teleskops gewählt haben, übersehen haben könnte. Obwohl die Software mit der von ihm und dem „Pro-Exomoon“-Team verwendeten verwandt ist, unterscheidet sie sich dennoch leicht.

„Die Softwarepakete, die wir verwendet haben, sind fast Zwillinge von einander. Ihr Paket ist viel neuer. Es ist erst seit ein paar Jahren auf dem Markt, während das von uns verwendete Paket schon seit etwa zehn Jahren, vielleicht sogar noch länger, im Einsatz ist“, erklärt Kipping. „Die wahre Antwort ist, dass ihr Algorithmus nicht in der Lage ist, den Mond zu finden. Kipping vermutet auch, dass das „No-Exomoon“-Team seine Software, die normalerweise sehr zuverlässig ist, nicht im Standardmodus, sondern in einem Modus verwendet hat, der empfindlich auf die Anzahl der Schritte zur Datenverarbeitung reagiert. Dies könnte erklären, warum die Exomonen bei ihren Berechnungen übersehen wurden.

Für Kepler-1625 b I schlugen Heller und sein „No-Exomoon“-Team einen Effekt vor, der „stellare Randverdunkelung“ genannt wird, was bedeutet, dass die Ränder eines Sterns dunkler sind als sein Zentrum, was das vorgeschlagene Exomoon-Signal beeinflusst. Hellers Team argumentiert, dass die Verdunkelung der Sternränder die Beobachtungen des Muttersterns besser erklären würde als die Verdunkelung, die durch die Anwesenheit eines Exomonds verursacht wird.

Kipping argumentiert, dass dies kein stichhaltiges Argument gegen die Exomond-Kandidaten sei, da er und sein „Pro-Exomond“-Team eine solche Randverdunkelung bereits berücksichtigt hätten, als sie erstmals die Existenz von Kepler-1625 b I vorschlugen.

„Wir haben die Verdunkelung der Gliedmaßen in der ursprünglichen Arbeit berücksichtigt, es ist also nicht so, als hätten wir es vermasselt und vergessen“, erklärte er. „Ich denke, dieser Punkt ist eine Art Ablenkungsmanöver in meinem Buch; er hat keinen Einfluss auf das Argument für den Exomond.“

Eine Infografik zeigt die Einflüsse, die ein exomoon-ähnliches Signal erzeugen können. (Bildnachweis: MPS/hormesdesign.de)

René Heller, der leitende Forscher des Teams zur Entlarvung von Exomonden, hat sich den Bericht von Kipping und seinem Team angesehen, ist aber nicht davon überzeugt, dass Kepler-1625 b I und Kepler-1708 b I existieren.

„Ich sehe in dem Papier nichts Neues, was meine Meinung ändern würde, dass Kepler-1625b und Kepler-1708b Planeten ohne große Monde sind. Ihr neues Papier dreht sich hauptsächlich um unsere Arbeit und versucht, Schwachstellen in unserer Argumentation zu finden. Das ist ein natürlicher und sehr willkommener Prozess in der modernen Wissenschaft, auch wenn ich in diesem Fall keinen signifikanten Fortschritt sehe“, so Heller gegenüber kosmischeweiten.de. „Ich weise die Idee zurück, ihre Widerlegung unserer Widerlegung ihrer Behauptung zu widerlegen. Ich denke, die Debatte bleibt ungeklärt, und das ist in Ordnung. Let’s move on!“

Der Gedanke, weiterzuziehen, ist etwas, worüber sich Heller und Kipping einig sind – zumindest im Moment.

Sind Kepler-1625 b I und Kepler-1708 b einfach zu „seltsam“?

Der Grund, warum diese Exomonen bei der Transitmethode auftauchten, ist, dass es sich um riesige Körper von der Größe eines Mini-Neptuns handelt, die einen Durchmesser haben könnten, der zwischen dem 1,6- und 4-fachen der Erde liegt. Wenn sie da sind, sind sie riesig.

Kipping ist der Meinung, dass dies ein Grund dafür sein könnte, dass sie einfach zu ungewöhnlich sind, um als erste Exomoon-Entdeckung akzeptiert zu werden.

„Ich glaube, es gibt eine Menge Misstrauen gegenüber Kepler-1625 b I und Kepler-1708 b I, weil sie beide seltsam sind. Sie sind beide wie diese Mini-Neptun-Monde, richtig? Und jeder fragt: „Wer hat das angeordnet? Wie kann das Universum solch bizarres Zeug machen?’“, sagte er. „Und dann hilft diese Kontroverse überhaupt nicht mehr. Sie sind jetzt zu beschädigt.“

Kipping will nun das James Webb Space Telescope (JWST) nutzen, um nach Exomonen zu suchen, die den Monden, die wir im Sonnensystem sehen, ähnlicher sind.

„Meine Strategie, und vielleicht ist es die falsche Strategie, ist, dass wir sehen wollen, ob wir mit dem JWST ein paar bekanntere Monde finden können, Analoga zu Monden, die wir in unserem Sonnenhinterhof haben, wie Io und Europa“, sagte er. „Das wird hoffentlich das Vertrauen stärken, dass wir diese Exomonde damals gesehen haben und dass sie wirklich interessant sind, und wir sollten zurückgehen und sie uns noch einmal ansehen.“

Eine Illustration zeigt einen seltsamen Exomond in Mini-Neptun-Größe, der einen Exoplaneten umkreist (Bildnachweis: Dan Durda) Stattdessen zeigt es einfach, wie schwierig die Entdeckung von Monden um Planeten außerhalb des Sonnensystems sein wird, bis große Fortschritte in der Teleskoptechnologie gemacht werden.

„Es ist eine sehr anspruchsvolle Arbeit, und ich würde nicht behaupten, dass es anders wäre. Wenn wir nach Exomonen suchen, suchen wir nach einem Signal, für das keines dieser Teleskope ausgelegt ist“, sagte er. „Wir glauben, dass wir diese Art von Wissenschaft aus ihnen herausholen können. Aber das bringt diese Instrumente, vor allem Kepler und Hubble, an die Grenzen ihrer Möglichkeiten“, sagt er. „Die Entscheidungen, die man trifft, die Algorithmen, die man einsetzt, die Art und Weise, wie man mit den Daten umgeht, können also den Unterschied zwischen Erfolg und Misserfolg ausmachen.“

Kipping glaubt, dass diese Meinungsverschiedenheit zwischen den beiden Teams den Wissenschaftlern, die auf der Jagd nach Exomoons sind, die Möglichkeit bietet, ihre Methoden zu vergleichen und sich auf den besten Ansatz für die Jagd nach diesen winzigen fernen Körpern zu einigen.

Hoffentlich könnte eine verfeinerte Methode zur Erkennung von Exomonen eines Tages dazu führen, dass sich diese beiden Gruppen talentierter und leidenschaftlicher Wissenschaftler auf eine Exomonen-Erkennung einigen, auf die sie sich einigen können.