Astronomen entdecken Exoplaneten mit nur sechsfacher Erdmasse „Supererde“ mit dicker Atmosphäre und Herz aus Eis - scinexx | Das Wissensmagazin
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Astronomen entdecken Exoplaneten mit nur sechsfacher Erdmasse

„Supererde“ mit dicker Atmosphäre und Herz aus Eis

Der Exoplanet GJ1214b - Künstlerische Darstellung © L. Calçada / ESO

Astronomen haben eine zweite „Supererde“ gefunden, für die sie Masse und Radius bestimmen konnten – Messungen, die Rückschlüsse auf die innere Struktur des Exoplaneten erlauben. Der 40 Lichtjahre entfernte Planet GJ1214b besteht demnach überwiegend aus Wassereis und ist die erste Supererde, für die eine Atmosphäre nachgewiesen wurde. Das berichten die Forscher in „Nature“.

Zum zweiten Mal nach dem Exoplaneten Corot-7b haben Astronomen mit der so genannten Transitmethode eine Supererde entdeckt, einen Exoplaneten, dessen Masse größer als die Erdmasse, aber kleiner als die zehnfache Erdmasse ist. Die Methode detektiert die Planeten anhand winziger Veränderungen der Helligkeit eines Sterns, die entstehen, wenn ein Exoplanet von der Erde aus gesehen vor dem Stern vorbeizieht.

Acht Teleskope und 2.000 Sterne

Entdeckt wurde der Planet im Rahmen des MEarth-Projekts, das auf der Suche nach Exoplaneten-Transits rund 2.000 massearme Sterne überwacht. Das Projekt verwendet dazu acht kleine Teleskope mit je 40 Zentimetern Durchmesser, die auf dem Mount Hopkins in Arizona stationiert sind. MEarth sucht nach Sternen, die ihre Helligkeit ändern. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn eine Supererde vor einem Roten Zwergstern vorbeizieht. Für eine solche Konstellation ist die Helligkeitsänderung einfacher nachzuweisen als beispielsweise für Planeten von der Größe der Erde, die einen sonnenähnlichen Stern umkreisen.

Die Astronomen gaben ihre Entdeckung eines Planeten um den nahen, massearmen Stern GJ1214 in der Zeitschrift „Nature“ bekannt. Um zu bestätigen, dass es sich bei GJ1214b tatsächlich um einen Planeten handelt, und um seine Masse zu bestimmen, nutzten die Astronomen die hohe Präzision des HARPS-Spektrografen am 3,6-Meter-Teleskop der ESO auf La Silla. HARPS ist das weltweit erfolgreichste Instrument für die Suche nach vergleichsweise kleinen Exoplaneten. „Dies ist die zweite Supererde, für die es gelungen ist, Masse und Radius zu bestimmen, so dass wir die Dichte des Planeten ausrechnen und Rückschlüsse auf seine innere Struktur ziehen können“, erklärt Stephane Udry.

Zu drei Vierteln aus Wassereis

Der neu entdeckte Planet besitzt sechs Mal soviel Masse wie die Erde, und sein Radius entspricht dem 2,7fachen des Erdradius. Von der Größe her liegt der Planet damit zwischen die Erde und den Eisriesen des Sonnensystems, Uranus und Neptun. Die Masse von GJ1214b ist vergleichbar der Masse der ersten auf diese Weise entdeckten Supererde, des Planeten Corot-7b. Doch der Radius von GJ1214b ist deutlich größer, und damit dürften sich die beiden Planeten im inneren Aufbau deutlich voneinander unterscheiden: Während Corot-7b wohl einen felsigen Kern besitzt und von Lava bedeckt sein könnte, vermuten die Astronomen, dass GJ1214b zu drei Vierteln aus Wassereis und zu einem Viertel aus Silizium und Eisen besteht.

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GJ1214b umkreist seinen Heimatstern einmal alle 38 Stunden in einer Entfernung von nur zwei Millionen Kilometern – nur rund ein Siebzigstel des Abstands der Erde von der Sonne. Der Stern GJ1214 ist fünf Mal kleiner als unsere Sonne und strahlt 300 Mal weniger Licht ab. „Bei dieser geringen Entfernung des Planeten von seiner Sonne ist zu erwarten, dass die Oberflächentemperatur des Planeten rund 200 Grad Celsius beträgt – viel zu heiß, als dass es dort flüssiges Wasser geben könnte”, so David Charbonneau, der Erstautor des Fachartikels.

Junge Atmosphäre ist extrem dick

Der gemessene Radius von GJ1214b ist deutlich größer, als es theoretische Planetenmodelle vorhersagen. Die Daten deuten darauf hin, dass der Planet von einer 200 Kilometer dicken Atmosphäre umgeben ist, die beim Transit dazu beiträgt, dass das Licht des Sterns abgeschirmt wird. „Diese Atmosphäre ist weit dicker als die Erdatmosphäre. Der hohe Druck und die Abwesenheit von Licht nahe der Planetenoberfläche machen es sehr unwahrscheinlich, dass sich hier Leben bilden konnte, wie wir es kennen”, so Charbonneau weiter. „Trotzdem sind die dort herrschenden Bedingungen hochinteressant – dort könnten sich hochkomplexe chemische Reaktionen abspielen.”

Xavier Bonfils, ein weiteres Mitglied des Forscherteams, fügt hinzu: „Da der Planet zu heiß ist, um eine Atmosphäre lange bei sich behalten zu können, können wir bei GJ1214b erstmals eine Atmosphäre untersuchen, die sich neu um einen Exoplaneten herum gebildet hat. Dabei ist dieses Planetensystem nicht allzu weit von der Erde entfernt, so dass es bereits mit heutigen Teleskopen möglich sein wird, seine Atmosphäre direkt zu untersuchen.”

Wenn Supererden ganz allgemein von einer Atmosphäre wie der des Planeten GJ1214b umgeben sind, könnte es sein, dass sie schlechte Ausgangsbedingungen für die Entwicklung von Leben bieten, wie wir es von der Erde her kennen, so die Forscher.

(ESO – European Southern Observatory, 21.12.2009 – NPO)

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