Künstlerische Darstellung des felsigen Planeten um den M-Zwerg Gliese 876. Bildnachweis: NSF. Klicken um zu vergrößern.
Ein Team von Astronomen hat bei der Suche nach erdähnlichen Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems einen großen Schritt nach vorne gemacht und die Entdeckung des kleinsten bisher entdeckten extrasolaren Planeten angekündigt. Ungefähr siebeneinhalb Mal so massiv wie die Erde, mit ungefähr dem doppelten Radius, könnte er der erste Gesteinsplanet sein, der jemals gefunden wurde, der einen normalen Stern umkreist, der sich nicht viel von unserer Sonne unterscheidet.
Alle der fast 150 anderen extrasolaren Planeten, die bisher um normale Sterne herum entdeckt wurden, waren größer als Uranus, ein Eisriese, der etwa das 15-fache der Masse der Erde beträgt.
„Wir stoßen immer wieder an die Grenzen dessen, was wir entdecken können, und kommen der Entdeckung der Erde immer näher“, sagte Teammitglied Steven Vogt, Professor für Astronomie und Astrophysik an der University of California in Santa Cruz.
?Die heutigen Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zur Beantwortung einer der tiefgreifendsten Fragen, die sich die Menschheit stellen kann: Sind wir allein im Universum?? sagte Michael Turner, Leiter des Mathematical and Physical Sciences Directorate bei der National Science Foundation, die die Forschung teilweise finanzierte.
Die neu entdeckte ?Super-Erde? umkreist den nur 15 Lichtjahre entfernten Stern Gliese 876 in Richtung des Sternbildes Wassermann. Dieser Stern besitzt auch zwei größere, jupitergroße Planeten. Der neue Planet wirbelt in nur zwei Tagen um den Stern herum und ist so nahe an der Oberfläche des Sterns, dass seine Temperatur wahrscheinlich 200 bis 400 Grad Celsius (400 bis 750 Grad Fahrenheit) übersteigt? weiß es.
Dennoch gibt die Fähigkeit, das winzige Wackeln, das der Planet im Stern verursacht, zu erkennen, Astronomen die Zuversicht, dass sie in der Lage sein werden, noch kleinere Gesteinsplaneten in lebensfreundlicheren Umlaufbahnen zu entdecken.
„Dies ist der kleinste bisher entdeckte extrasolare Planet und der erste einer neuen Klasse von felsigen Erdplaneten“, sagte Teammitglied Paul Butler von der Carnegie Institution of Washington. 'Es ist wie der größere Cousin der Erde.'
Das Team misst eine minimale Masse für den Planeten von 5,9 Erdmassen, die Gliese 876 mit einer Periode von 1,94 Tagen in einer Entfernung von 0,021 Astronomischen Einheiten (AE) oder 2 Millionen Meilen umkreist.
Obwohl das Team keinen direkten Beweis dafür hat, dass der Planet felsig ist, verhindert seine geringe Masse, dass er wie Jupiter Gas zurückhält. Drei weitere angebliche Gesteinsplaneten wurden gemeldet, aber sie umkreisen einen Pulsar, die blitzende Leiche eines explodierten Sterns.
„Dieser Planet beantwortet eine uralte Frage“, sagte Teamleiter Geoffrey Marcy, Professor für Astronomie an der University of California in Berkeley. „Vor über 2000 Jahren stritten die griechischen Philosophen Aristoteles und Epikur darüber, ob es noch andere erdähnliche Planeten gibt. Jetzt haben wir zum ersten Mal Beweise für einen Gesteinsplaneten um einen normalen Stern.“
Marcy, Butler, der theoretische Astronom Jack Lissauer vom NASA/Ames Research Center und der Postdoktorand Eugenio J. Rivera von den University of California Observatories/Lick Observatory der UC Santa Cruz präsentierten ihre Ergebnisse heute (Montag, 13. Juni) im Rahmen einer Pressekonferenz Konferenz bei NSF in Arlington, Virginia.
Ihre Forschung, die am Keck-Observatorium auf Hawaii durchgeführt wurde, wurde von der NSF, der National Aeronautics and Space Administration, der University of California und der Carnegie Institution of Washington unterstützt.
Ein Papier, das die Ergebnisse detailliert beschreibt, wurde beim Astrophysical Journal eingereicht. Co-Autoren des Artikels sind Steven Vogt und Gregory Laughlin vom Lick Observatory an der University of California, Santa Cruz; Debra Fischer von der San Francisco State University; und Timothy M. Brown vom National Center for Atmospheric Research der NSF in Boulder, Colorado.
Gliese 876 (oder GJ 876) ist ein kleiner, roter Stern, der als M-Zwerg bekannt ist ? die häufigste Sternart in der Galaxie. Es befindet sich im Sternbild Wassermann , und ist mit etwa einem Drittel der Sonnenmasse der kleinste Stern, um den herum Planeten entdeckt wurden. Butler und Marcy entdeckten dort 1998 den ersten Planeten; es erwies sich als ein Gasriese mit etwa der doppelten Masse des Jupiter. Dann, im Jahr 2001, meldeten sie einen zweiten Planeten, einen weiteren Gasriesen mit etwa der halben Masse des Jupiter. Die beiden befinden sich in resonanten Umlaufbahnen, wobei der äußere Planet 60 Tage braucht, um den Stern zu umkreisen, doppelt so lange wie der innere Riesenplanet.
Lissauer und Rivera haben Keck-Daten des Gliese 876-Systems analysiert, um die ungewöhnlichen Bewegungen der beiden bekannten Planeten zu modellieren, und hatten vor drei Jahren eine Ahnung, dass es einen kleineren dritten Planeten geben könnte, der den Stern umkreist. Wenn sie die Resonanzwechselwirkung zwischen den beiden bekannten Planeten nicht berücksichtigt hätten, hätten sie den dritten Planeten nie gesehen.
„Wir hatten ein Modell für die beiden Planeten, die miteinander interagieren, aber als wir uns den Unterschied zwischen dem Zwei-Planeten-Modell und den tatsächlichen Daten ansahen, fanden wir eine Signatur, die als dritter Planet interpretiert werden könnte“, sagte Lissauer.
Ein Drei-Planeten-Modell passte durchweg besser zu den Daten, fügte Rivera hinzu. „Aber weil das Signal von diesem dritten Planeten nicht sehr stark war, waren wir sehr vorsichtig mit der Ankündigung eines neuen Planeten, bis wir mehr Daten hatten“, sagte er.
Jüngste Verbesserungen am hochauflösenden Spektrometer (HIRES) des Keck-Teleskops lieferten entscheidende neue Daten. Vogt, der HIRES entworfen und gebaut hat, arbeitete im vergangenen August mit dem technischen Personal der UC Observatories/Lick Observatory Laboratories an der UC Santa Cruz zusammen, um die CCD-Detektoren (Charge Coupled Device) des Spektrometers zu aktualisieren.
„Es sind die präziseren Daten der aktualisierten HIRES, die uns in dieses Ergebnis vertrauen“, sagte Butler.
Das Team hat jetzt überzeugende Daten für den Planeten, der sehr nahe um den Stern kreist, in einer Entfernung von etwa 10 Sternradien. Das ist weniger als ein Zehntel der Größe der Merkurbahn in unserem Sonnensystem.
'In einer zweitägigen Umlaufbahn ist es etwa 200 Grad Celsius zu heiß für flüssiges Wasser', sagte Butler. „Das führt uns zu dem Schluss, dass die wahrscheinlichste Zusammensetzung dieses Dings der der inneren Planeten dieses Sonnensystems ist? ein Nickel-Eisen-Gestein, ein felsiger Planet, ein terrestrischer Planet.“
„Die Masse des Planeten könnte leicht eine Atmosphäre halten“, bemerkte Laughlin, Assistenzprofessor für Astronomie an der UC Santa Cruz. „Es würde immer noch als felsiger Planet angesehen werden, wahrscheinlich mit einem Eisenkern und einem Siliziummantel. Es könnte sogar eine dichte dampfende Wasserschicht haben. Ich denke, was wir hier sehen, ist etwas, das zwischen einem echten terrestrischen Planeten wie der Erde und einer heißen Version der Eisriesen Uranus und Neptun liegt.“
In Kombination mit einer verbesserten Computersoftware können die neuen CCD-Detektoren (Charge Coupled Device), die von diesem Team für das HIRES-Spektrometer von Keck entwickelt wurden, jetzt die Dopplergeschwindigkeit eines Sterns mit einer Genauigkeit von einem Meter pro Sekunde messen ? menschliche Gehgeschwindigkeit? statt der bisherigen Präzision von drei Metern pro Sekunde. Diese verbesserte Empfindlichkeit wird es dem Planetenjagdteam ermöglichen, die Gravitationswirkung eines erdähnlichen Planeten innerhalb der bewohnbaren Zone von M-Zwergsternen wie Gliese 876 zu erkennen.
„Wir treiben bei Keck ein ganz neues Regime voran, um eine Genauigkeit von einem Meter pro Sekunde zu erreichen, das Dreifache unserer alten Präzision, die es uns auch ermöglichen sollte, in den nächsten Jahren erdmassereiche Planeten um sonnenähnliche Sterne herum zu sehen“, sagte Butler.
„Unser Team von UC Santa Cruz und Lick Observatory hat enorme optische und technische Arbeit sowie Detektorarbeit geleistet, um das Keck-Teleskop zu einem felsigen Planetenjäger zu machen, dem besten der Welt“, fügte Marcy hinzu.
Lissauer ist auch von einer weiteren Leistung begeistert, über die in der der Zeitschrift eingereichten Arbeit berichtet wird. Zum ersten Mal haben er, Rivera und Laughlin die Sichtlinienneigung der Umlaufbahn des Sternsystems allein aus dem beobachteten Doppler-Wobble des Sterns bestimmt. Mithilfe dynamischer Modelle der Wechselwirkung der beiden jupitergroßen Planeten konnten sie die Massen der beiden Riesenplaneten aus den beobachteten Formen und Präzessionsraten ihrer ovalen Umlaufbahnen berechnen. Präzession ist die langsame Drehung der Längsachse der elliptischen Umlaufbahn eines Planeten.
Sie zeigten, dass die Orbitalebene um 40 Grad zu unserer Sichtlinie geneigt ist. Dadurch konnte das Team die wahrscheinlichste Masse des dritten Planeten auf siebeneinhalb Erdmassen abschätzen.
„Diese Studie beinhaltet mehr dynamische Modellierung als jede frühere Studie, viel mehr“, sagte Lissauer.
Das Team plant, den Stern Gliese 876 weiterhin zu beobachten, ist jedoch bestrebt, unter den 150 oder mehr M-Zwergplaneten, die sie regelmäßig mit Keck beobachten, weitere terrestrische Planeten zu finden.
„Bisher finden wir fast keine Planeten mit Jupitermasse unter den M-Zwergsternen, die wir beobachtet haben, was darauf hindeutet, dass es stattdessen eine große Population von Planeten mit kleinerer Masse geben wird“, bemerkte Butler.
Originalquelle: Pressemitteilung des Carnegie Institute
