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Eine Auswahl der 126 Planeten aus dem neuesten TESS-Keck Survey-Katalog (Bildnachweis: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko)

Ein neuer Katalog mit 126 Welten jenseits des Sonnensystems enthält eine Fülle von neu entdeckten Planeten – einige von ihnen sind von extremer und exotischer Natur, andere wiederum könnten möglicherweise Leben, wie wir es kennen, beherbergen.

Die Mischung von Planeten im Katalog ist ein weiterer Beweis für die große und wilde Vielfalt von Welten außerhalb unseres kosmischen Hinterhofs; sie zeigt sogar, dass unser Sonnensystem vielleicht ein wenig langweilig ist. Doch obwohl diese Planeten so anders sind als die Erde und ihre Nachbarn, können sie uns vielleicht dabei helfen, besser zu verstehen, warum unser Planetensystem so aussieht, wie es aussieht, und so unseren Platz im größeren Kosmos zu entdecken.

Der Katalog der extrasolaren Planeten, oder „Exoplaneten“, wurde mit Hilfe von Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA in Zusammenarbeit mit dem W.M. Keck Observatorium auf Hawaii erstellt.

„Mit diesen Informationen können wir beginnen, Fragen darüber zu beantworten, wo unser Sonnensystem in das große Geflecht anderer Planetensysteme passt“, sagte Stephen Kane, TESS-Keck Survey Principal Investigator und Astrophysiker an der University of California, Riverside, in einer Erklärung.

Die neue TESS-Keck-Durchmusterung von 126 Exoplaneten hebt sich deutlich von früheren Exoplaneten-Durchmusterungen ab, da sie komplexe Daten über die meisten der einbezogenen Planeten enthält.

„Bei relativ wenigen der bisher bekannten Exoplaneten wurden sowohl die Masse als auch der Radius gemessen“, so Kane weiter. „Die Kombination dieser Messungen sagt uns, woraus die Planeten bestehen könnten und wie sie sich gebildet haben.“

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Eine Abbildung, die die 126 Planeten im neuesten TESS-Keck Survey Katalog zeigt. Das Bild enthält Daten zu Planetenradius, Masse, Dichte und Temperatur. Fragezeichen stehen für Planeten, die für eine vollständige Charakterisierung mehr Daten benötigen. (Bildnachweis: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko)

„Rot sehen“ zur Messung der Masse von Exoplaneten

Der Katalog wurde im Laufe von drei Jahren erstellt, als das Team 13.000 Messungen von winzigen „Wobbeln“ verwendete, die Planeten verursachen, wenn sie ihre Sterne umkreisen und eine winzige Gravitationskraft auf sie ausüben. Diese Anziehungskraft bewirkt, dass sich ein Stern erst leicht von der Erde weg und dann leicht auf sie zu bewegt.

Wenn sich Sterne leicht von der Erde wegbewegen, werden die Wellenlängen des von ihnen ausgestrahlten Lichts gestreckt und in Richtung des „roten Endes“ des elektromagnetischen Spektrums verschoben. Wenn sich Sterne auf die Erde zubewegen, wird die Wellenlänge des Lichts, das sie aussenden, leicht komprimiert, wodurch es „blauer“ wird.

Die Ausnutzung der Rot- und Blauverschiebung auf diese Weise durch die Astronomen wird als „Radialgeschwindigkeitsmethode“ bezeichnet. Da die Stärke der Anziehungskraft, die ein Planet auf einen Stern ausübt, proportional zu seiner Masse ist, ist dies eine gute Methode zur Bestimmung der Masse. So konnten Kane und sein Team mit der Radialgeschwindigkeitsmethode die Masse von 120 bestätigten Exoplaneten und sechs Exoplaneten-Kandidaten bestimmen.

„Diese Radialgeschwindigkeitsmessungen ermöglichen es den Astronomen, die Eigenschaften dieser exoplanetaren Systeme zu erkennen und zu lernen“, sagte Ian Crossfield, Astrophysiker an der University of Kansas und Mitautor des Katalogs. „Wenn wir sehen, dass ein Stern regelmäßig hin und her wackelt, können wir auf die Anwesenheit eines ihn umkreisenden Planeten schließen und seine Masse messen. “Spannenderweise könnten einige der 126 Exoplaneten in der TESS-Keck-Durchmusterung das Verständnis der Astronomen darüber vertiefen, wie sich eine Reihe verschiedener Planeten bilden und entwickeln.

Eine seltsame Super-Erde, ein Unter-Saturn und mehr!

Zwei der neuen Planeten aus der TESS-Keck-Durchmusterung umkreisen einen sonnenähnlichen Stern namens TOI-1386, der etwa 479 Lichtjahre entfernt ist.

Einer dieser Exoplaneten hat eine Masse und eine Breite, die ihn irgendwo zwischen dem Gasriesen Saturn und dem kleineren, weniger massereichen Eisriesen Neptun im Sonnensystem ansiedeln. Das macht diesen Planeten mit der Bezeichnung TOI-1386 b zu einem „Sub-Saturn“-Planeten und zu einem faszinierenden Ziel für Planetenforscher.

„Es gibt eine anhaltende Debatte darüber, ob Planeten unterhalb des Saturns wirklich selten sind, oder ob wir einfach nur schlecht darin sind, solche Planeten zu finden“, sagte die Entdeckerin und UCR-Absolventin Michelle Hill in der Erklärung. „Dieser Planet, TOI-1386 b, ist also eine wichtige Ergänzung zu dieser Gruppe von Planeten.“

In einer Entfernung von seinem Mutterstern, die etwa 17 % der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne entspricht, benötigt TOI-1386 b nur 26 Erdtage für eine Umrundung.

Sein neu entdeckter nächster Nachbar ist ein bisschen gemächlicher. TOI-1386 c ist ein bauschiger Gasriese, der etwa so breit wie Jupiter ist, aber nur 30 % der Masse des größten Planeten im Sonnensystem hat. Er befindet sich etwa 70 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne von seinem Mutterstern entfernt und hat ein Jahr, das etwa 228 Erdtage dauert.

Eine hypothetische Visualisierung von TOI-1386 c, einem der 126 neu katalogisierten Exoplaneten (Bildnachweis: NASA)

Eine weitere faszinierende Welt in dieser Reihe von Exoplaneten ist etwa halb so groß wie Neptun, hat mehr als die zehnfache Masse der Erde, umkreist TOI-1437 (auch bekannt als HD 154840) und ist etwa 337.000 Lichtjahre entfernt.

Der als TOI-1437 b bezeichnete subneptunische Planet umkreist seinen Stern in etwa 14 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne und hat eine Jahreslänge von etwa 19 Erdtagen. TOI-1437 b wurde von TESS durch die winzige Lichtdelle entdeckt, die er verursacht, wenn er die Oberfläche seines Sterns kreuzt, und ist einer der wenigen bekannten Sub-Neptunplaneten, die ihren Stern durchqueren und eine klar definierte Masse und einen klar definierten Radius haben.

TOI-1437 b weist auch auf eine merkwürdige Abwesenheit in unserem kosmischen Hinterhof hin.

„Planeten, die kleiner als Neptun, aber größer als die Erde sind, sind die häufigsten Welten in unserer Galaxie, aber sie fehlen in unserem eigenen Sonnensystem“, sagte die Entdeckerin und UCR-Studentin Daria Pidhorodetska in der Erklärung. „Jedes Mal, wenn eine neue Welt entdeckt wird, werden wir daran erinnert, wie vielfältig unser Universum ist und dass unsere Existenz im Kosmos vielleicht einzigartiger ist, als wir verstehen können.“

Eine Illustration des Planetensystems TOI-1798 mit seinem Stern und zwei Exoplaneten, darunter eine seltsame Super-Erde (Bildnachweis: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko)

Ein weiterer interessanter Exoplanet, der zum ersten Mal in diesem neuen Katalog beschrieben wird, ist TOI-1798 c, eine Super-Erde, die einen orangen Zwergstern so eng umkreist, dass ihr Jahr nur etwa 12 Erdstunden dauert.

„Ein Jahr auf diesem Planeten dauert weniger als ein halber Tag auf der Erde“, sagte der Hauptautor der Studie, Alex Polanski, ein Physik- und Astronomiestudent der University of Kansas, in der Erklärung. „Aufgrund der Nähe zu ihren Wirtssternen sind Planeten wie dieser auch extrem heiß – sie erhalten mehr als das 3.000-fache der Strahlung, die die Erde von der Sonne erhält.“

Damit ist das Planetensystem TOI-1798, das auch einen Sub-Neptun-Planeten beherbergt, der eine Umlaufbahn in etwa acht Tagen vollendet, eines der wenigen bekannten Sternsysteme mit einem inneren Super-Erde-Planeten mit einer ultrakurzen Umlaufzeit (USP).

„Während die meisten Planeten, die wir heute kennen, ihren Stern schneller umkreisen als Merkur die Sonne, wird dies bei den USPs auf die Spitze getrieben“, fügte Pidhorodetska hinzu. „TOI-1798 c umkreist seinen Stern so schnell, dass ein Jahr auf diesem Planeten weniger als einen halben Tag auf der Erde dauert. Aufgrund der Nähe zu ihrem Wirtsstern sind die Universaldienstleister außerdem extrem heiß – sie werden mehr als 3.000 Mal so stark bestrahlt wie die Erde von der Sonne. Die Existenz in dieser extremen Umgebung bedeutet, dass dieser Planet wahrscheinlich jede Atmosphäre verloren hat, die er ursprünglich hatte.

Die Veröffentlichung des Massenkatalogs der TESS-Keck-Durchmusterung bedeutet, dass Astronomen nun eine Möglichkeit haben, die Arbeit von TESS, das im April 2018 gestartet ist, eingehend zu untersuchen und zu beurteilen, wie es unser Verständnis von Exoplaneten verändert hat.

Da Tausende von Planeten allein aus der TESS-Mission noch bestätigt werden müssen, werden Veröffentlichungen von Exoplaneten-Katalogen wie dieser immer häufiger werden.

„Sind wir ungewöhnlich? Das steht noch nicht fest, aber unser neuer Massenkatalog ist ein wichtiger Schritt zur Beantwortung dieser Frage“, so Kane.

Die Exoplaneten werden in der Donnerstag (23. Mai) erscheinenden Ausgabe des Astrophysical Journal Supplement beschrieben.