Als die NASA 2018 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) startete, hatte sie ein bestimmtes Ziel. Während ihr Vorgänger, die Raumsonde Kepler, Tausende von Exoplaneten fand, waren viele von ihnen riesige Gasriesen. TESS war in den Weltraum geschickt mit einem Versprechen: kleinere Planeten von ähnlicher Größe wie Erde und Neptun zu finden, die stabile Sterne ohne viel Flackern umkreisen. Diese Einschränkungen, so hofften die Astronomen, würden mehr Exoplaneten identifizieren, die potenziell bewohnbar sind.
Mit dieser Entdeckung von drei neuen Exoplaneten ist TESS hält sein Versprechen ein .
Die drei neuen Exoplaneten sind nicht das, was wir gewohnt sind. Während der Mission der Raumsonde Kepler haben wir uns an die Entdeckung von Exoplaneten gewöhnt. Aber die Planeten waren meistens größer als die Erde, und viele von ihnen waren Gasriesen, heiße Jupiter und dergleichen. Aber diese drei neuen sind anders: Einer ist etwas größer als die Erde, und die anderen beiden sind ungefähr doppelt so groß wie Neptun, der in Bezug auf Exoplaneten klein ist.
Dieses Streudiagramm der ersten drei Jahre der Exoplaneten von Kepler zeigt, dass Kepler hauptsächlich Planeten fand, die viel größer als die Erde waren. Viele der Kepler-Kandidaten-Exoplaneten umkreisten sehr aktive Sterne mit so viel stellarem Flackern und anderer Aktivität, dass die Bewohnbarkeit zweifelhaft ist. Bildquelle: NASA Ames/W. Stenzel
Alle drei umkreisen einen schwachen, kühlen Stern namens TOI (TESS Object Of Interest) 270, der etwa 73 Lichtjahre entfernt im Sternbild Pictor liegt. TOI 270 ist ein Zwergstern vom Typ M, der in Masse und Größe etwa 40% kleiner als unsere Sonne ist. Es ist auch etwa ein Drittel kühler als die Sonne. Die drei Planeten sind planetarisch gemäßigt, aber die Planeten sind im Vergleich zur Erde immer noch ziemlich heiß, weil sie in der Nähe ihres Sterns sind.
Die drei Planeten werden gemäß Konvention TOI 270 b, c und d vom innersten zum äußersten Planeten benannt.
Da diese Planeten ihrem Stern so nahe sind, ist es naheliegend, sie mit Jupiter und seinen Monden zu vergleichen. Bildquelle: Goddard Space Flight Center der NASA
TOI 270 b ist wahrscheinlich eine felsige Welt wie die Erde, aber etwa 25 % größer. Es dauert nur 3,4 Tage, um seinen Stern in einer Entfernung von 0,03 AE zu umkreisen, etwa 13-mal näher an seinem Stern als Merkur an der Sonne. Das TESS-Team vermutet, dass es etwa 1,9-mal massereicher ist als die Erde.
Leider ist 270 b sengend heiß. Nicht so heiß wie viele der heiße Jupiter die Kepler entdeckte, aber noch zu heiß für das Leben, wie wir es kennen. Seine Gleichgewichtstemperatur – die Temperatur vor allen atmosphärischen Effekten – beträgt 254 Grad Celsius (490 F). Es ist auch an den Stern gebunden.
Der mittlere Planet heißt TOI 270 c und ist 2,4 mal größer als die Erde. Er umkreist den Stern alle 5,7 Tage. Der äußerste Planet, 270 d, ist 2,1 mal größer als die Erde und umkreist den Stern alle 11,4 Tage. Sie nennen diese beiden Planeten „Mini-Neptuns“, weil sie hauptsächlich aus Gas bestehen und etwa halb so groß wie Neptun sind. Beide sind auch durch Gezeiten an ihren Stern gebunden.
Vergleichen und kontrastieren Sie die Welten des TOI 270-Systems mit diesen Illustrationen jedes Planeten. Die für TOI 270-Planeten angegebenen Temperaturen sind Gleichgewichtstemperaturen, die ohne Berücksichtigung der Erwärmungseffekte möglicher Atmosphären berechnet wurden.
Credits: Goddard Space Flight Center der NASA
Der äußerste Planet ist für Wissenschaftler von besonderem Interesse, da er der gemäßigteste der drei Planeten ist. Die Gleichgewichtstemperatur von TOI 270 d beträgt etwa 66 Grad Celsius (150 F), für irdische Verhältnisse immer noch sehr heiß, aber gemäßigt genug, um für Exoplaneten selten zu sein.
Das neue Papier, das diese Ergebnisse skizziert, wurde in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Das Papier trägt den Titel „ Eine Supererde und zwei Sub-Neptuns durchqueren den nahegelegenen und ruhigen M-Zwerg TOI-270 . '
„Dieses System ist genau das, was TESS finden sollte – kleine, gemäßigte Planeten, die vor einem inaktiven Wirtsstern vorbeiziehen oder passieren, einem, dem keine übermäßige stellare Aktivität wie Flares fehlt“, sagte der leitende Forscher Maximilian Günther, ein Postdoktorand bei Torres Fellow am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. „Dieser Stern ist ruhig und sehr nahe bei uns und daher viel heller als die Wirtssterne vergleichbarer Systeme. Mit erweiterten Folgebeobachtungen werden wir bald feststellen können, wie diese Welten aufgebaut sind, ob Atmosphären vorhanden sind und welche Gase sie enthalten und vieles mehr.
Diese Ergebnisse sind interessant, weil unser Sonnensystem nichts wie die beiden Mini-Neptune oder Sub-Neptune enthält. Tatsächlich sind Planeten mit einer Größe zwischen dem 1,5- und 2-fachen der Erdgröße auch in der Exoplanetenpopulation unseres Wissens sehr selten.
Diese Infografik veranschaulicht die wichtigsten Merkmale des TOI 270-Systems, das sich etwa 73 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Pictor befindet. Die drei bekannten Planeten wurden vom Transiting Exoplanet Survey Satellite der NASA durch periodische Einbrüche im Sternenlicht entdeckt, die von jeder umkreisenden Welt verursacht werden. Einschübe zeigen Informationen über die Planeten, einschließlich ihrer relativen Größe und ihres Vergleichs zur Erde. Die für TOI 270-Planeten angegebenen Temperaturen sind Gleichgewichtstemperaturen, die ohne die Erwärmungseffekte möglicher Atmosphären berechnet wurden. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA/Scott Wiessinger
„Ein interessanter Aspekt dieses Systems ist, dass seine Planeten eine bekannte Lücke in den bekannten Planetengrößen überspannen“, sagte Co-Autor Fran Pozuelos, Postdoktorand an der Universität Lüttich in Belgien. „Es ist ungewöhnlich, dass Planeten aus Gründen, die wahrscheinlich mit der Art und Weise der Planetenbildung zusammenhängen, eine Größe zwischen dem 1,5- und Doppelten der Erde haben, aber dies ist immer noch ein höchst umstrittenes Thema. TOI 270 ist ein hervorragendes Labor, um die Ränder dieser Lücke zu untersuchen und wird uns helfen, besser zu verstehen, wie sich Planetensysteme bilden und entwickeln.“
Astronomen hofften, dass TESS diese Art von Planeten finden würde, damit andere Teleskope Folgebeobachtungen durchführen könnten. Insbesondere wird das James Webb Space Telescope in der Lage sein, die Atmosphären einiger dieser Planeten zu identifizieren.
„TOI 270 ist perfekt am Himmel gelegen, um die Atmosphären seiner äußeren Planeten mit der Zukunft der NASA zu untersuchen.“ James Webb Weltraumteleskop “, sagte Co-Autorin Adina Feinstein, Doktorandin an der University of Chicago. „Es wird von Webb über ein halbes Jahr beobachtbar sein, was wirklich interessante Vergleichsstudien zwischen den Atmosphären von TOI 270 c und d ermöglichen könnte.“
Das James Webb-Weltraumteleskop in einem Reinraum im Johnson Space Center der NASA in Houston. Starte das verdammte Ding schon! Bildnachweis: NASA/JSC
Das Team hinter diesen Ergebnissen ist der Meinung, dass, obwohl diese Ergebnisse aufregend sind, hinter diesem Sonnensystem noch mehr steckt. Zusätzliche Beobachtungen können andere Planeten aufdecken. Vielleicht gibt es einen anderen Gesteinsplaneten, der weiter vom Stern entfernt ist als TOI 270 d. Wenn ja, kann es noch gemäßigter sein. Und wenn es einen felsigen Kern und eine Atmosphäre hat, könnte es flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche enthalten.
Es sind aufregende Zeiten für die Exoplanetenforschung. Mit Ergebnissen wie diesen und der Veröffentlichung von James Webb wird unser Verständnis der Exoplanetenpopulation sprunghaft anwachsen.
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