National Centre of Competence in Research PlanetS
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Zwei Planeten um einen Roten Zwerg

Mit dem “SAINT-EX”-Teleskop haben Wissenschaftler unter der Leitung des Nationalen Forschungsschwerpunktes PlanetS zwei Exoplaneten entdeckt, die den Stern TOI-1266 umkreisen. Das in Mexiko stationierte Teleskop beweist damit seine hohe Präzision und macht einen wichtigen Schritt auf der Suche nach potentiell bewohnbaren Welten.

Rote Zwerge sind die kühlsten Sterne. Als solche ermöglichen sie die potentielle Existenz von flüssigem Wasser wesentlich näher in ihrer Umgebung, als etwa die Sonne. Bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Welten jenseits der Grenzen unseres Sonnensystems ist dies ein grosser Vorteil: Denn die Entfernung zwischen einem Exoplaneten und seinem Stern ist ein entscheidender Faktor für seine Entdeckung. Je näher die beiden sind, desto höher die Wahrscheinlichkeit dass Astronomen den Planeten von der Erde aus detektieren.

«Doch diese Sterne sind ziemlich klein und strahlen im Vergleich zu anderen Sternen, wie etwa der Sonne, wenig Licht aus», erklärt Brice Demory, Hauptautor und Professor für Astrophysik an der Universität Bern. Diese Faktoren machen es schwierig, sie im Detail zu beobachten. Ohne die richtigen Instrumente würden potentielle Planeten, die sie umkreisen, womöglich übersehen werden – insbesondere terrestrische Planeten wie die Erde, die vergleichsweise klein sind.

 

Ein spezielles Teleskop

Ein Instrument, mit dem Rote Zwerge und ihre Planeten genauer studiert werden können, ist das in Mexiko stationierte SAINT-EX-Teleskop, das der NFS PlanetS mitbetreibt. Es ist mit Sensoren ausgestattet, die die hochpräzise Detektion von Planeten um kühle Sterne ermöglichen.

Das SAINT-EX telescope in Mexiko. Quelle: Instituto de Astronomía de Astronomía, UNAM/E. Cadena.

Diese Spezialisierung zahlt sich nun aus: Anfang dieses Jahres konnte das Teleskop zwei Exoplaneten entdecken, die den Stern TOI-1266 umkreisen, der etwa 120 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Ergebnisse, die kürzlich in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlicht wurden, vermitteln einen ersten Eindruck ihrer Eigenschaften.

 

Ein merkwürdiges Paar

Im Vergleich zu den Planeten in unserem Sonnensystem sind TOI-1266 b und c sind viel näher an ihrem Stern – sie benötigen 11 respektive 19 Tage um ihn zu umkreisen. Da dieser jedoch viel kühler ist als die Sonne, sind ihre Temperaturen nicht sehr extrem: der äussere Planet hat etwa die Temperatur der Venus (obwohl er 7 Mal näher an seinem Stern ist als die Venus an der Sonne).

Die beiden Planeten sind von ähnlicher Dichte, die mit einer Zusammensetzung von einer Hälfte Gesteinsmaterial und Eisen und einer Hälfte Wasser korrespondieren könnte. Damit sind sie etwa halb so felsig wie die Erde oder die Venus, aber auch weit felsiger als Uranus oder Neptun.

In ihrer Grösse unterscheiden sich die Planeten deutlich voneinander. Der innere Planet, TOI-1266 b, misst etwas weniger als das Zweieinhalbfache des Erddurchmessers. Damit fällt er in die Kategorie der sogenannten Sub-Neptune. Der äussere Planet, TOI-1266 c, ist etwas mehr als eineinhalbmal so gross wie unser Planet und zählt deshalb zu den Super-Erden.

Die Planeten TOI-1266 b und c in einem sogenannten Massen-Radius-Diagramm. Einige Planeten unseres Sonnensystems (siehe Legende), sowie Hintergrundplaneten aus dem NASA Exoplanet Archiv (in grau) sind als Referenz dargestellt. Quelle: Demory et al. (2020)

Damit befinden sie sich an den Enden des sogenannten Radius-Tals, wie Brice Demory erklärt: “Planeten mit einem Radius zwischen etwa dem von TOI-1266 b und c sind ziemlich selten, wohl wegen starker Strahlung ihres jeweiligen Sterns”. Yilen Gómez Maqueo Chew, Co-Autorin und Forscherin an der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, fügt hinzu: “Die Möglichkeit, zwei verschiedene Arten von Planeten im selben System zu untersuchen, ist eine grosse Chance. Sie könnte uns helfen besser zu verstehen, wie diese unterschiedlich grossen Planeten entstehen».

Gutes Timing und Zusammenarbeit

Brice-Olivier Demory ist Professor für Astronomie and Astrophysik an der Universität Bern, Center for Space and Habitability (CSH). Bild:  Universiät Bern

Diese Gelegenheit zu haben, insbesondere in diesem Jahr, ist alles andere als selbstverständlich. Die Wissenschaftler hatten das Glück, ihre Beobachtungen kurz vor dem Covid-19-bedingten Lockdown in Mexiko abschliessen zu können. Darüber hinaus profitierte das Team nicht nur von ihrer engen wissenschaftlichen Zusammenarbeit, sondern wurde auch von ungewöhnlichen Partnern unterstützt, wie Demory betont: “Die mexikanische Botschaft in Bern war eine grosse Hilfe, um die Gespräche mit der mexikanischen Regierung zu erleichtern und das Projekt voranzutreiben”.

Kurz nach den Beobachtungen musste die Anlage wegen der Folgen der Pandemie geschlossen werden. Bis heute hat sich das nicht geändert. Die Wissenschaftler hoffen, den Betrieb von SAINT-EX in den nächsten Monaten wiederaufnehmen und den nächsten Roten Zwerg und dessen potentielle Planeten ins Visier fassen zu können.

 

Angaben zur Publikation:
Brice-Olivier Demory et al.: A super-Earth and a sub-Neptune orbiting the bright, quiet M3 dwarfnTOI-1266, Astronomy & Astrophysics, Volume 642, 2 October 2020.
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202038616

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