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Exoplanet ist halb so schwer wie die Venus

Ein Leichtgewicht, eine Wasserwelt und ein habitabler Planet in unserer Nähe

L 98-59b
Der nahe Rote Zwerg L 98-59 wird von einem echten Leichtgewicht umkreist: Sein innerster Planet ist halb so schwer wie die Venus. © ESO/M. Kornmesser

Planetenfamilie vor unserer Haustür: Nur 35 Lichtjahre von uns entfernt umkreisen gleich vier Gesteinsplaneten ihren Roten Zwergstern – vielleicht sind es sogar fünf. Der innerste hat nur die halbe Masse der Venus und ist damit der leichteste je über seine Schwerkraftwirkung aufgespürte Exoplanet. Der dritte Planet könnte eine Wasserwelt sein und der fünfte wäre sogar habitabel, wenn sich seine Existenz bestätigt. Das Planetensystem L 98-59 ist damit eines der spannendsten Ziele für künftige Beobachtungen.

Astronomen haben schon tausende Planeten um fremde Sterne entdeckt, darunter auch viele erdähnliche Himmelskörper, die zu mehreren um einen Stern kreisen. Zu diesen Mehrplanetensystemen gehören die Supererden um den nur elf Lichtjahre entfernten Roten Zwerg Gliese 887, die sieben Erdzwillinge um TRAPPIST-1, aber auch die beiden Planeten unseres Nachbarsterns Proxima Centauri. Solche Planetensysteme sind für die Wissenschaft besonders spannend, weil sie auch Einblicke in den Ursprung und die Geschichte unseres eigenen Sonnensystems liefern.

Mehrere Welten in nur 35 Lichtjahren Entfernung

Jetzt gibt es Neues – und Überraschendes – zu einem weiteren nahen Planetensystem. Schon 2019 hatte das TESS-Welttraumteleskop der NASA um den 35 Lichtjahre entfernten Roten Zwerg L 98-59 drei erdähnliche Planeten nachgewiesen – die Planeten verrieten sich durch die Abschattung des Sternenlichts, als sie vor ihrem Stern vorbeizogen. Ihre Größen liegen zwischen 0,8 und 1,6 Erdradien, die Masse der beiden äußeren Planeten in diesem Trio wurde auf etwa 2,2 bis 2,3 Erdmassen eingegrenzt.

Wie schwer jedoch der innerste der drei Planeten ist und ob es in diesem System vielleicht doch noch weitere Himmelskörper gibt, blieb unklar. Deshalb haben Olivier Demangeon von der Universität Porto und seine Kollegen den Roten Zwerg und seine Trabanten noch einmal genauer unter die Lupe genommen. Diesmal nutzten sie dafür die Radialgeschwindigkeitsmethode. Sie detektiert anhand leichter Verschiebungen im Lichtspektrum das winzige Taumeln, das der Stern durch den Schwerkrafteinfluss seiner Planeten vollführt.

Für die Untersuchung von L 98-59 nutzten Demangeon und sein Team den hochsensiblen ESPRESSO-Spektrografen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile.

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Der leichteste je über die Radialgeschwindigkeit vermessene Exoplanet

Das überraschende Ergebnis: Der innerste, bisher kaum bekannte Planet von L 98-59 ist ein echtes Leichtgewicht. Er wiegt nur halb so viel wie die Venus und ist damit der leichteste je mittels Radialgeschwindigkeit vermessene Exoplanet. „Ohne die Präzision und Stabilität von ESPRESSO wäre diese Messung nicht möglich gewesen“, sagt Koautorin Maria Zapatero Osorio vom Astrobiologischen Zentrum in Madrid. „Dies ist ein Schritt nach vorn bei der Bestimmung der Massen von kleinen Planeten außerhalb des Sonnensystems.“

Spannend auch: Weil der Rote Zwerg mit seinen Trabanten direkt im Blickfeld des Ende 2021 startenden James-Webb-Weltraumteleskops der NASA liegt, könnte dieses System eines der ersten direkt abgebildeten und beobachteten werden. Denn dank der scharfen Infrarotaugen des neuen Teleskops könnten die Astronomen dann auch erstmals nähere Einblicke in die Atmosphären naher Exoplaneten gewinnen.

Vergleich
Vergleich von L 98-59 mit dem inneren Sonnensystem. Die Abstände sind so skaliert, dass die habitablen Zonen übereinstimmen. © ESO/ L. Calçada, M. Kornmesser / O. Demangeon

Zwei trockene Welten und ein Wasser(dampf)-Planet

Alle drei Planeten von L 98-59 sind ihrem Stern allerdings ziemlich nahe. Der innerste umkreist den Roten Zwerg nur in rund drei Millionen Kilometer Entfernung. Zum Vergleich: Die Erde ist rund 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Die Temperaturen an der Oberfläche von L 98-59b liegen daher bei mehr als 300 Grad. Auch der nächstäußere Planet ist wahrscheinlich eher heiß und trocken, seine Bahn läge in unserem Sonnensystem noch innerhalb der Merkurbahn, wie das Team ermittelte.

Etwas günstiger sieht es beim dritten Planeten des nahen Roten Zwergs aus: Seiner Dichte nach könnte er zu rund einem Drittel aus Wasser bestehen und damit eine Wasserwelt sein. Allerdings erhält auch er deutlich mehr Wärme und Strahlung von seinem Stern als die Erde und seine Oberflächentemperatur liegt wahrscheinlich bei mehr als 100 Grad. Die Astronomen gehen daher davon aus, dass es sich bei L 98-59d eher um einen Planeten mit einer dichten Wasserdampfhülle handelt, als um eine von Ozeanen bedeckte Welt.

Ein potenziell lebensfreundlicher fünfter Planet

Eine weitere Überraschung zeigte sich, als das Forschungsteam einige noch schwächere „Rumpler“ im Bewegungsmuster des Roten Zwergs analysierten: Sie entdeckten das Signal eines weiteren, vierten Exoplaneten von rund drei Erdmassen – er ist demnach erdähnlich oder eine kleinere Supererde. Noch weiter außen könnte es sogar noch einen fünften Planeten geben. Dieser umkreist seinen Stern in rund 23 Tagen und könnte damit genau in der habitablen Zone des Roten Zwergs liegen.

„Der Planet in der bewohnbaren Zone könnte eine Atmosphäre haben, die Leben schützen und ermöglichen könnte“, sagt Osorio. Nach den Berechnungen der Astronomen liegt die Oberflächentemperatur auf diesem fünften Planeten bei rund elf Grad – er wäre demnach nur wenig kälter als die Erde und könnte daher auch flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche besitzen. Er ist damit eine weitere potenziell lebensfreundliche Welt in unserer kosmischen Nachbarschaft.

Das haben Astronomen über das nahe Planetensytem um den Roten Zwerg L98-59 herausgefudnen.© ESO

Wie Erbsen in einer Schote

Damit ist der nahe Stern L98-59 möglicherweise sogar von fünf Gesteinsplaneten umgeben. Er gehört damit wie TRAPPIST-1 zu den gut 700 bisher bekannten Multiplanetensystemen. Bei diesen haben Astronomen bislang zwei auffallende Trends beobachtet: Die Planeten solcher Systeme neigen dazu, sich in regelmäßigen Abständen um ihren Stern zu gruppieren. Außerdem haben sie oft ähnliche Größen mit allmählich von innen nach außen zunehmenden Durchmessern.

Astronomen sprechen deshalb auch von der „Peas in a Pod“-Konfiguration: Die Planeten liegen so säuberlich nebeneinander wie die Erbsen in der Schote. „Die Tatsache, dass auch L 98-59 dieser Konfiguration folgt, stärkt die Allgemeingültigkeit dieser Anordnung“, erklären Demangeon und seine Kollegen. Denn bisher wurde das „Erbsenschoten-Prinzip“ vor allem bei größeren, sonnenähnlichen Sternen beobachtet. (Astronomy & Astrophysics , 2021; doi: 10.1051/0004-6361/202140728)

Quelle: European Southern Observatory (ESO), Max-Planck-Institut für Astronomie

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