Wenn der Datensatz der Kepler-Mission ein Hinweis darauf ist, sind die häufigsten Arten von Exoplaneten in unserer Galaxie keine erdgroßen Gesteinswelten oder heißen Jupiter. Tatsächlich ist die häufigste Art von Exoplaneten nicht diejenige, die wir in unserer eigenen Nachbarschaft sehen.
„Die vielleicht bemerkenswerteste Entdeckung von Kepler ist die Anzahl der Planeten zwischen der Größe der Erde und der vierfachen Größe der Erde“, sagte Geoff Marcy, Professor für Astronomie an der University of California, auf dem Treffen der American Astronomical Society diese Woche in Washington DC „Dies ist ein Größenbereich, der das Planeteninventar von Kepler dominiert und ein Größenbereich, der in unserem eigenen Sonnensystem nicht vertreten ist. Wir wissen nicht genau, woraus diese Planeten bestehen, und wir wissen nicht, wie sie sich bilden.“
Diese „Mini-Neptuns“, wie Marcy sie nannte, stellen eine riesige Stichprobe in den Kepler-Daten dar; Etwa 75% der von Kepler gefundenen Planeten variieren in der Größe zwischen Erde und Neptun, und seit vier Jahren, seit die Kepler-Daten eingelaufen sind, versuchen Wissenschaftler, diese Planeten zu verstehen.
„Das NASA-Team von Ames Kepler hat eine enorme Menge an Messungen und quantitativen Arbeiten durchgeführt“, sagte Marcy.
Während Massen und Planetendichten aus der Arbeit hervorgingen, sind sich Astronomen immer noch nicht sicher, wie sie entstehen oder ob sie aus Gestein, Wasser oder Gas bestehen.
Mini-Neptun-Planeten sind etwa 1,5- bis 4-mal so groß wie die Erde und haben einen felsigen Kern und eine geschwollene Gashülle unterschiedlicher Dicke.
Bildnachweis: Geoff Marcy
Das Team konzentrierte sich auf etwa 42 dieser Planeten. Zwei Planeten, die Marcy in seiner Präsentation hervorhob, gelten als felsig und heißen Kepler-99b und Kepler-406b. Beide sind vierzig Prozent größer als die Erde und haben eine ähnliche Dichte wie Blei. Die Planeten umkreisen ihre Wirtssterne in weniger als fünf bzw. drei Tagen, was diese Welten für das Leben, wie wir es kennen, zu heiß macht.
Das Team verwendete Doppler-Messungen der Wirtssterne der Planeten, um das Reflexwobbeln des Wirtssterns zu messen, das durch den Gravitationszug des Sterns verursacht wird, den der umlaufende Planet ausübt. Das gemessene Taumeln verrät die Masse des Planeten: Je höher die Masse des Planeten, desto stärker wird der Stern durch die Gravitation gezogen und desto größer wird das Taumeln.
Sie messen auch die Transit-Timing-Variationen (TTV), um zu bestimmen, wie stark benachbarte Planeten aneinander ziehen können, wodurch ein Planet auf seiner Umlaufbahn beschleunigt und ein anderer Planet abgebremst wird.
Diese Messungen ermöglichen es, Masse und Dichten der Planeten zu berechnen sowie die mögliche chemische Zusammensetzung dieser Welten herauszufinden. Die meisten Messungen deuten darauf hin, dass die Mini-Neptune einen felsigen Kern haben, aber einige könnten eine gasförmige äußere Hülle aus Wasserstoff oder Helium haben. Einige könnten einfach felsig sein und haben überhaupt keine äußere Hülle.
„Wir glauben, dass einige dieser Planeten Wasser auf einem felsigen Kern haben könnten“, sagte Marcy. „Größere Planeten könnten den gleichen felsigen Kern mit zusätzlichem Gas haben. So bekommt man Planeten mit 1 bis 4 Erdradien. Die Planeten mit geringerer Dichte implizieren zunehmende Gasmengen auf einem felsigen Kern.“
Illustration der Raumsonde Kepler (NASA/Kepler-Mission/Wendy Stenzel)
„Keplers primäres Ziel ist es, die Prävalenz von Planeten unterschiedlicher Größe und Umlaufbahn zu bestimmen. Von besonderem Interesse für die Suche nach Leben ist die Verbreitung erdgroßer Planeten in der bewohnbaren Zone“, sagte Natalie Batalha, Wissenschaftlerin der Kepler-Mission am Ames Research Center der NASA. „Aber die Frage im Hinterkopf ist: Sind alle Planeten von der Größe der Erde felsig? Könnten einige verkleinerte Versionen von eisigen Neptunen oder dampfenden Wasserwelten sein? Welche Fraktionen sind als Verwandte unserer felsigen Erdkugel erkennbar?“
Das Team sagte, dass die von Doppler und TTV durchgeführten Massenmessungen helfen werden, diese Fragen zu beantworten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein großer Teil der Planeten, die kleiner als das 1,5-fache des Erdradius sind, aus Silikaten, Eisen, Nickel und Magnesium bestehen könnte, die in den terrestrischen Planeten hier im Sonnensystem vorkommen.
Ausgestattet mit dieser Art von Informationen werden Wissenschaftler in der Lage sein, den Bruchteil der Sterne mit erdgroßen Planeten in den Bruchteil der Sterne umzuwandeln, die echte Gesteinsplaneten beherbergen. Und das ist ein Schritt näher daran, eine bewohnbare Umgebung jenseits des Sonnensystems zu finden.
Marcy fügte später in der Diskussion hinzu, dass es einen Teleskoptyp gibt, der am hilfreichsten wäre: a Terrestrischer Planetenfinder Mission, die Temperatur, Größe und Bahnparameter von Planeten so klein wie unsere Erde in den bewohnbaren Zonen entfernter Sonnensysteme messen würde. Leider wurde TPF abgebrochen.
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