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Aktuelle Highlights der PlanetS-Forschung

Astronomen haben bereits eine Vielzahl von Gesteinsplaneten ausserhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Darunter gibt es viele exotische Objekte, die in unserem Sonnensystem nicht vorkommen: Supererden, einige davon sogar reich an Edelsteinen, oder Wasserwelten mit einer globalen Eisschicht am Ozeangrund. Doch was braucht es, damit ein wirklich erdähnlicher Planet entsteht? Forschende von PlanetS untersuchen mit Hilfe von Computermodellen die Bildung und Entwicklung von Planeten und haben kürzlich interessante neue Erkenntnisse veröffentlicht.

Illustration der Supererde 55 Cnc e, die möglicherweise wegen ihres Gehalts an Rubinen und Saphiren rot bis blau schimmert. (Illustration: Thibaut Roger)

Kürzlich hat ein internationales Team mit Beteiligung von PlanetS-Forschenden den drittnächsten Exoplaneten entdeckt. Er umkreist acht Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt den Stern namens Gl411 und hat mindestens die dreifache Masse der Erde (http://nccr-planets.ch/blog/2019/02/25/an-elder-sister-of-the-earth-in-a-nearby-system/). Gesteinsplaneten mit drei bis zehn Erdmassen kommen in unserer Galaxie häufig vor, wie man aufgrund von Beobachtungen weiss. Nur in unserem Sonnensystem gibt es keine solche Supererde. Nach den Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars, die alle relativ klein sind, folgen die Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Caroline Dorn, Astrophysikerin am Institut für Computergestützte Wissenschaften (ICW) der Universität Zürich, lässt Gesteinsplaneten im Computer entstehen und ist dabei zusammen mit Kollegen kürzlich auf eine neue, exotische Klasse von Supererden gestossen.

Wird ein Planet bei hohen Temperaturen nahe an ihrem Mutterstern gebildet, so enthält er wahrscheinlich keinen massiven Kern aus Eisen wie die Erde, dafür viel Aluminiumoxid. Saphire und Rubine bestehen aus Aluminiumoxid. Funkeln da draussen also Edelsteinlager von gigantischem Wert? «Ein glitzernder Edelstein in Planetengrösse: nein. Aber exotische Welten, die reich an diesen Edelsteinen sind: möglicherweise ja», sagt Dorn. Denn sie hat unter den bisher entdeckten Supererden tatsächlich bereits drei Kandidaten gefunden, auf die ihre Computersimulationen zutreffen könnten, darunter der Planet namens 55 Cancri e. (http://nccr-planets.ch/de/blog/2018/12/19/exotische-planeten-aus-saphiren-und-rubinen/)

Allerdings möchte sich dort niemand aufhalten, in der glühenden Hitze so nahe bei einem Stern. Doch wie sieht es aus mit Gesteinsplaneten in sicherer Entfernung zu ihrem Mutterstern, mit Massen vergleichbar zur Erde? Die Astronomen sind überzeugt, dass es sie in grosser Zahl gibt. Doch viele davon könnten Wasserwelten sein, die von einem tiefen, globalen Ozean überzogen sind. Flüssiges Wasser gilt zwar allgemein als wesentliche Voraussetzung für Leben, wie wir es kennen, doch zu viel von einer guten Sache kann auch schlecht sein. «Wenn die Erde rund zehnmal mehr Wasser enthalten würde, wäre der Druck am Ozeangrund so hoch, dass sich dort eine Hochdruck-Form von Wassereis bilden würde», erklärt Christoph Mordasini, Astrophysik-Professor an der Universität Bern. An der Oberfläche gäbe es kaum lebensfreundliche Bedingungen.

Sind wir die einzigen?

«Wir haben uns nun gefragt, warum die Erde für die Entwicklung von Leben offenbar gerade die richtige Menge Wasser enthält», sagt Mordasini. Die Antwort ist wahrscheinlich mit einem radioaktiven Element verbunden: Aluminium-26 (Al-26). «Es stammte von einem oder mehreren massereichen Sternen in der Nähe der jungen Sonne», erklärt Tim Lichtenberg, Postdoc an der Universität Oxford und ehemaliges Mitglied von PlanetS. Während seines radioaktiven Zerfalls erhitzte und trocknete Al-26 die ursprünglichen Planetenbausteine von Innen.

Lichtenberg berechnete in Computersimulationen, wie stark die Planetenbausteine je nach Gehalt an Al-26 austrocknen. Danach untersuchten Mordasini und sein Team mit dem sogenannten «Berner Modell» welche Art von Planeten schlussendlich aus diesen Bausteinen entstehen. Resultat: Planeten mit der richtigen Menge Wasser wie die Erde entstehen nur, wenn sie mit ähnlich viel Al-26 starten konnten wie damals im jungen Sonnensystem vorhanden war. Ist bei der Geburt kein Al-26 vorhanden, enden die Planeten als Wasserwelten. (http://nccr-planets.ch/de/blog/2019/02/11/gesteinsplanet-vor-gebrauch-bitte-trocknen/)

«Die Studie ist ein wichtiger Schritt zum Verständnis, wieso unsere Erde die Eigenschaften besitzt, die sie so ideal für die Entstehung und Bewahrung von komplexem Leben macht», sagt Mordasini: «Letztlich geht es darum, unseren Platz im Universum besser zu verstehen: Sind wir Menschen wohl die einzigen, die sich solche Fragen stellen, oder existiert intelligentes Leben auch sonst irgendwo im Universum?»