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ESPRESSO bestätigt Existenz einer 4 Lichtjahre entfernen Exo-Erde

Die Existenz eines Planeten von der Grösse der Erde um den nächstgelegenen Stern im Sonnensystem, Proxima Centauri, wurde von einem internationalen Team von Wissenschaftlern, darunter Forscher der Universität Genf und des NFS PlanetS, bestätigt. Die Ergebnisse, publiziert in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics, zeigen, dass der fragliche Planet, Proxima b, eine Masse von 1,17 Erdmassen hat und sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns befindet, den er in 11,2 Tagen umkreist. Dieser Durchbruch war möglich dank Radialgeschwindigkeitsmessungen von beispielloser Präzision mit ESPRESSO, dem in der Schweiz hergestellten Spektrographen – dem derzeit genauesten in Betrieb befindlichen – der am Very Large Telescope in Chile installiert ist. Proxima b wurde zum ersten Mal vor vier Jahren mit einem älteren Spektrographen, HARPS, entdeckt – ebenfalls vom Genfer Team entwickelt – der eine geringe Störung in der Geschwindigkeit des Sterns gemessen hat, was auf die Anwesenheit eines Begleiters schliessen lässt.

Der ESPRESSO-Spektrograph hat auf dem Stern Proxima Centauri, der nur 4,2 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist, Radialgeschwindigkeitsmessungen mit einer Genauigkeit von 30 Zentimetern pro Sekunde (cm/s) durchgeführt, was etwa dreimal genauer ist als mit HARPS, einem Instrument des selben Typs, aber aus der vorherigen Generation.

Das ESPRESSO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile, das das kombinierte Licht aller vier 8,2-Meter-Einheitsteleskope nutzt.

“Wir waren bereits sehr zufrieden mit der Leistung von HARPS, das in den letzten 17 Jahren für die Entdeckung von Hunderten von Exoplaneten verantwortlich war”, beginnt Francesco Pepe, Professor in der Astronomieabteilung der UNIGE, Mitglied von PlanetS und verantwortlich für ESPRESSO. “Wir freuen uns sehr, dass ESPRESSO noch bessere Messungen durchführen kann, und es ist eine erfreuliche und gerechte Belohnung für die fast zehnjährige Teamarbeit”. Alejandro Suarez Mascareño, der Hauptautor des Artikels, fügt hinzu: “Wir freuen uns, dass ESPRESSO noch bessere Messungen durchführen kann: “Die Bestätigung der Existenz von Proxima b war eine wichtige Aufgabe, und es ist einer der interessantesten bekannten Planeten in der solaren Nachbarschaft.

Die von ESPRESSO durchgeführten Messungen haben klargestellt, dass die Mindestmasse von Proxima b 1,17 Erdmassen beträgt (die vorherige Schätzung lag bei 1,3) und dass er seinen Stern in nur 11,2 Tagen umkreist.

Die von ESPRESSO gemessene Variation der Radialgeschwindigkeit von Proxima (wie in A&A veröffentlicht).

“ESPRESSO hat es möglich gemacht, die Masse des Planeten mit einer Genauigkeit von über einem Zehntel der Erdmasse zu messen”, sagt Michel Mayor, Nobelpreisträger für Physik 2019, Mitglied des Beirats von PlanetS und “Architekt” aller Instrumente vom Typ ESPRESSO, “das ist völlig unerhört”.

Und wie sieht es mit dem Leben aus?

Obwohl Proxima b etwa 20 Mal näher an seinem Stern liegt als die Erde an der Sonne, erhält der Planet eine vergleichbare Energie, so dass seine Oberflächentemperatur ermöglichen könnte, dass Wasser (wenn es überhaupt Wasser gibt) stellenweise in flüssiger Form vorliegt und somit Leben beherbergen könnte. Obwohl Proxima b ein idealer Kandidat für die Erforschung von Biomarkern ist, liegt noch ein langer Weg vor uns, bevor wir annehmen können, dass sich auf seiner Oberfläche Leben entwickeln konnte. Tatsächlich ist der Proxima-Stern ein aktiver Roter Zwerg, der seinen Planeten mit etwa 400 Mal mehr Röntgenstrahlen bombardiert als die Sonne. “Gibt es eine Atmosphäre, die den Planeten vor diesen tödlichen Strahlen schützt?”, fragt Christophe Lovis, Mitglied von PlanetS und verantwortlich für die wissenschaftliche Leistung und Datenverarbeitung von ESPRESSO. “Und wenn diese Atmosphäre existiert, enthält sie dann die chemischen Elemente, die die Entwicklung des Lebens fördern (z.B. Sauerstoff)? Wie lange existieren diese günstigen Bedingungen schon? Wir werden all diese Fragen angehen, vor allem mit Hilfe künftiger Instrumente wie dem Spektrometer RISTRETTO, das wir speziell für den Nachweis des von Proxima b ausgestrahlten Lichts bauen werden, und HIRES, das auf dem künftigen 39-m-Riesenteleskop ELT installiert werden soll, das die Europäische Südsternwarte (ESO) in Chile baut.

Überraschung: Gibt es einen zweiten Planeten?

In der Zwischenzeit könnte die Präzision der von ESPRESSO durchgeführten Messungen zu einer weiteren Überraschung führen. Das Team hat in den Daten Hinweise auf ein zweites Signal gefunden, ohne die definitive Ursache dafür feststellen zu können. “Wenn das Signal planetarischen Ursprungs wäre, hätte dieser potentielle andere Planet, der Proxima b begleitet, eine Masse von weniger als einem Drittel der Masse der Erde. Es wäre dann der kleinste Planet, der jemals mit der Radialgeschwindigkeitsmethode gemessen wurde”, fügt Professor Pepe hinzu.

Es sei darauf hingewiesen, dass ESPRESSO, das 2017 in Betrieb genommen wurde, noch in den Kinderschuhen steckt und diese ersten Ergebnisse bereits ungeahnte Möglichkeiten eröffnen lassen. Seitdem der erste extrasolare Planet von Michel Mayor und Didier Queloz entdeckt wurde, ist der Weg in rasantem Tempo zurückgelegt worden. Im Jahr 1995 wurde der Gasriese 51Peg b mit dem ELODIE-Spektrographen mit einer Genauigkeit von 10 Metern pro Sekunde (m/s) entdeckt. Heute wird es ESPRESSO mit seinen 30 cm/s (und bald 10 nach den letzten Anpassungen) vielleicht ermöglichen, Welten zu erforschen, die uns an die Erde erinnern.

Veröffentlicht in

Revisiting Proxima with ESPRESSO

Astronomy & Astrophysics

https://arxiv.org/abs/2005.12114v1