Exoplanet bei unserem Nachbarstern Barnard entdeckt
Ein Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Bern, der Universität Genf sowie des Nationalen Forschungsschwerpunkts NFS PlanetS hat mit dem ESPRESSO-Spektrografen einen Exoplaneten entdeckt, der Barnards Stern umkreist, der sich im zweitnächsten Sternsystem zu unserer Sonne befindet. Diese Entdeckung trägt zum Verständnis der Planetenentstehung um Rote Zwerge bei und gibt Einblick in die Vielfalt der Planetensysteme in unserer kosmischen Nachbarschaft.
Diese künstlerische Darstellung zeigt Barnard b, einen Planeten mit einer Masse geringer als die der Erde, der in einer Umlaufbahn um Barnards Stern entdeckt wurde. Sein Signal wurde mit dem Instrument ESPRESSO am Very Large Telescope (VLT) der ESO entdeckt und konnte mit Daten anderer Instrumente bestätigt werden. Bereits 2018 wurde ein vielversprechender Nachweis um denselben Stern gemacht, der jedoch durch diese Daten nicht erhärtet werden konnte. Auf diesem neu entdeckten Exoplaneten, der mindestens halb so viel Masse wie die Venus hat, aber zu heiss ist, um flüssiges Wasser zu beherbergen, dauert ein Jahr etwas mehr als drei Erdentage.
Astronominnen und Astronomen haben einen Exoplaneten entdeckt, der eine geringere Masse als die Erde besitzt und der Barnards Stern umkreist. Es handelt sich um das der Sonne zweitnächste Sternsystem nach dem Alpha-Centauri-System. Diese Entdeckung ist nicht nur wegen der geringen Entfernung von nur sechs Lichtjahren interessant, sondern auch, weil Barnards Stern ein Roter Zwerg ist, der häufigste Sterntyp in unserer Galaxie. Damit hilft die Entdeckung Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die Vielfalt der Planetensysteme in unserer kosmischen Nachbarschaft besser zu verstehen, und bietet zugleich eine einzigartige Gelegenheit, die Mechanismen zu erforschen, die bei der Entstehung und Entwicklung von Planeten in der Nähe eines Sterns eine Rolle spielen.
Die Entdeckung des Exoplaneten Barnard b, der mindestens die halbe Masse der Venus besitzt, ergänzt die wachsende Liste massearmer Planeten um Rote Zwerge und unterstreicht die Häufigkeit solcher Systeme. Die Studie wurde vom ESPRESSO-Konsortium durchgeführt, dem auch die beiden Trägerinstitutionen des Nationalen Forschungsschwerpunkts NFS PlanetS, die Universitäten Bern und die Universität Genf, angehören. Die Entdeckung gelang dem Team nach vierjährigen Beobachtungen mit ESPRESSO, dem hochauflösenden Spektrografen am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO. Die Ergebnisse wurden soeben in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
Das Geheimnis von Barnard b lüften
Barnards Stern ist aufgrund seiner Nähe und seines Status als Roter Zwerg – einem häufigen Sterntyp, bei dem Planeten mit geringer Masse weit verbreitet sind – ein wichtiges Ziel für die Suche nach Exoplaneten. Trotz eines vielversprechenden Signals, das 2018 entdeckt wurde, konnte die Existenz eines Planeten um den Stern bislang nicht eindeutig bestätigt werden. Dank der beispiellosen Präzision des ESPRESSO-Spektrografen konnte Barnard b nun jedoch nachgewiesen werden. Dabei handelt es sich um einen Planeten mit einer kleineren Masse als die der Erde, der den Stern in 3,15 Tagen umkreist. Das Team identifizierte zudem Signale, die auf die mögliche Existenz von drei weiteren Exoplaneten hindeuten, deren Bestätigung jedoch noch aussteht.
«Die Entdeckung von Barnard b ist nicht nur wichtig, weil er einer der kleinsten Exoplaneten ist, die wir bisher entdeckt haben, sondern auch, weil er sich in unserer stellaren Nachbarschaft befindet», erklärt Prof. Yann Alibert, Co-Direktor des Centre for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und Koautor der Studie. «Dies gibt uns die einmalige Gelegenheit, Planeten in unserer Nähe zu untersuchen und ihre Entstehung und Bewegung innerhalt eines Planetensystems besser zu verstehen.»
Vier Jahre hochpräziser Beobachtungen
Die Studie basierte auf der Radialgeschwindigkeitsmethode. Die Anziehungskraft eines umkreisenden Planeten versetzt seinen Mutterstern in Schwingung, was sich auf Eigenschaften des von ihm ausgesandten Lichts auswirkt. Durch die Messung winziger Veränderungen im Licht von Barnards Stern konnten die Forschenden die Existenz von Barnard b bestätigen, der seinem Stern zwanzigmal näher ist als Merkur der Sonne. «ESPRESSO hat bei dieser Entdeckung eine entscheidende Rolle gespielt», erklärt Melissa Hobson, Postdoktorandin am Institut für Astronomie der Universität Genf und Mitautorin der Studie. «Dank der Präzision dieses Instruments konnten wir die schwachen Signale von Barnard b nachweisen, was einmal mehr beweist, dass Rote Zwerge ausgezeichnete Ziele für die Entdeckung von Planeten mit geringer Masse sind.»
Die Studie basiert auf vier Jahren Beobachtungen mit ESPRESSO und Daten von Instrumenten wie HARPS, HARPS-N und CARMENES. Dank der gemeinsamen Anstrengungen und der grossen Datenmenge konnten die Forschenden eine periodische Schwankung von nur 2 km/h in der gemessenen Geschwindigkeit des Sterns nachweisen, die auf die Anwesenheit des Planeten zurückzuführen ist.
Eine Fülle von Planeten um Rote Zwerge
Die Entdeckung von Barnard b trägt zu unserem Verständnis von Planetensystemen um Rote Zwerge bei und bestätigt die Hypothese, dass Planeten mit geringer Masse um diese Art von Sternen herum reichlich vorhanden sind. Obwohl Barnard b zu nah an seinem Stern ist, um flüssiges Wasser zu beherbergen, und seine Oberflächentemperatur bei etwa 125 °C liegt, eröffnet seine Entdeckung neue Perspektiven für die Erforschung dieser Art von Planeten. «Wir wissen nun, dass Planeten mit geringer Masse um Rote Zwerge herum weit verbreitet sind, und Barnards Stern da keine Ausnahme ist», sagt João Faria, Forschungs- und Lehrbeauftragter am Institut für Astronomie der Universität Genf und Mitautor der Studie. «Diese Entdeckung bietet ein neues Spielfeld, um unser Verständnis von der Entstehung dieser Planeten und ihrer Entwicklung im Laufe der Zeit zu testen.»
Ein Blick in die Zukunft
Diese Entdeckung unterstreicht die Bedeutung hochpräziser Instrumente wie ESPRESSO für unser Verständnis von Planetensystemen. Das Instrument, das grösstenteils an Schweizer Universitäten entwickelt wurde, ist derzeit der einzige Spektrograph, der die Geschwindigkeit von Sternen mit einer Genauigkeit von wenigen 10 cm/s (d. h. 0,36 km/h) messen kann. Die mit Barnards Stern erzielten Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Erforschung von Exoplaneten, insbesondere auf die Identifizierung potenziell lebensfreundlicher Planeten in nahegelegenen Systemen.
«Unsere Forschung hilft uns, die Vielfalt der Planetensysteme in der Umgebung der Erde zu kartieren», erklärt Alibert. «Die Entdeckung von Barnard b sowie anderer naher Planeten wie Proxima b zeigt, dass unsere stellare Nachbarschaft voller kleiner Gesteinsplaneten ist, die für unser Verständnis der Planetenvielfalt von entscheidender Bedeutung sind.»
Als nächsten Schritt will das Forscherteam Barnards Stern noch genauer beobachten. Die Möglichkeit, dass drei weitere Planeten den Stern umkreisen, fügt der Faszination eine weitere Ebene hinzu, da die Bestätigung dieser Planeten noch mehr Informationen über die Dynamik und die Zusammensetzung des Systems liefern würde. Das im Bau befindliche Extremely Large Telescope (ELT) der ESO wird in einigen Jahren noch detailliertere Daten liefern.
Publication details: A sub-Earth-mass planet orbiting Barnard’s Star by J. I. González Hernández et. al. in Astronomy & Astrophysics, October 2024
URL: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202451311
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