Drei kleine Welten um einen nahen Stern - wissenschaft.de
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Astronomie+Physik

Drei kleine Welten um einen nahen Stern

TOI-270
Der Stern TOI-270 und die drei neuentdeckten Planeten(Bild: NASA/Goddard Space Flight Center, Scott Wiessinger)

Bisher haben Astronomen schon tausende von Exoplaneten im All entdeckt. Jetzt jedoch könnten sie ein besonders interessantes Planetensystem entdeckt haben – fast vor unserer kosmischen Haustür. Denn der ruhige Zwergstern TOI-270 liegt nur 73 Lichtjahre von der Erde entfernt und besitzt gleich drei relativ kleine Planeten. Einer davon ist wahrscheinlich eine Supererde, die anderen beiden sind sogenannte Sub-Neptune mit einem weniger als zweieinhalbfach größeren Radius als die Erde. Damit decken diese Exoplaneten genau den Größenbereich ab, der merkwürdigerweise in unserem Sonnensystem komplett fehlt. Das neuentdeckte Planetensystem von TOI-270 könnte dabei helfen, den Grund dafür zu klären, so die Forscher.

Die Planeten in unserem Sonnensystem gliedern sich in zwei Gruppen: Auf der einen Seite stehen die erdähnlichen Gesteinsplaneten wie Merkur, Venus, Erde und Mars, auf der anderen große Gasplaneten mit mehr als vierfachem Erdradius wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Auch die meisten bisher entdeckten Planeten um andere Sterne gehören entweder zu den steinigen Erdzwillingen und Supererden oder den gasreichen Großplaneten. Auffällig rar aber ist eine Größenklasse von Planeten, die in unserem eigenen Sonnensystem komplett fehlt und auch anderswo selten zu sein scheint: „Es gibt eine Radius-Senke bei rund 1,7 bis 2 Erdradien, die die steinigen Supererden und die gasdominierten Sub-Neptune voneinander trennt“, berichten Maximilian Günther vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und seine Kollegen. Warum das so ist, ist bisher unklar.

Drei Planeten direkt an der Größenlücke

Jetzt jedoch haben Günther und sein Team ein Planetensystem entdeckt, das wertvolle Informationen zu dieser Frage liefern könnte. Denn es handelt sich um einen Zwergstern mit drei Planeten, die sich eng um genau diese Größenlücke gruppieren. Entdeckt haben die Forscher ihn bei der Auswertung der jüngsten Daten des Weltraumteleskops TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Dieses Teleskop sucht nahe, helle Sterne in einem bestimmten Himmelsausschnitt nach sogenannten Transitereignissen ab – periodischen Verdunkelungen des Sternenlichts durch einen vor dem Stern vorüberziehenden Planeten. Bei dem rund 73 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern TOI-270 wurden die Astronomen fündig. Der kleine, kühle Zwergstern wies gleich drei solcher Transits auf, die die Forscher drei ihn umkreisenden Planeten zuordnen konnten.

„Diese drei Exoplaneten gehören zu den kleinsten und nahesten durch Transit beobachtbaren Planeten die wir bisher kennen“, berichten Günther und sein Team. Der innerste Planet, TOI-270b, benötigt gut drei Tage für einen Umlauf um seinen Stern und könnte mit einer Größe von rund 1,2 Erdradien zu den steinigen Supererden gehören. Der nächstäußere Planet, TOI-270c, hat eine Orbitalperiode von 5,6 Tagen und eine Größe von 2,4 Erdradien. Der äußerste Planet, TOI-270d, benötigt elf Tage für einen Umlauf und ist 2.13 Erdradien groß. Damit gehören die beiden äußeren Planeten höchstwahrscheinlich zu den gasreichen Sub-Neptunen. Das Interessante daran: Die drei Planeten in diesem System liegen damit direkt beiderseits der rätselhaften Radiuslücke in der Exoplaneten-Größenverteilung.

„TOI-270 könnte es uns bald erlauben, das fehlende Bindeglied zwischen den erdähnliche Gesteinsplaneten und den gasreichen Mini-Neptunen zu erforschen“, sagt Günther. „Denn hier haben wir alle diese Typen in einem System versammelt.“ Wertvolle Hinweise könnten dabei die Massen der drei Exoplaneten liefern. Bisher ließen sich diese noch nicht bestimmen, die Forscher hoffen aber, dies schon bald nachholen zu können. Dabei kommt ihnen ein glücklicher Umstand entgegen: „Die Planeten von TOI-270 reihen sich auf wie Perlen an einer Schnur“, erklärt Günther. Denn die Umlaufzeiten der drei Himmelskörper bilden eine sogenannte Resonanzkette – ihre Umlaufzeiten stehen jeweils im Verhältnis ganzer Zahlen. Für die Orbitalperioden der beiden inneren Planeten liegt das Verhältnis bei 3:5, beim äußeren Paar bei 2:1. „Das ist eine sehr interessante Sache, denn das erlaubt es uns, ihr dynamisches Verhalten näher zu untersuchen“, erklärt Günther. Auch die Massen könnten sich mithilfe dieses Verhaltens leichter ermitteln lassen.

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Gibt es noch weitere Planeten um TOI-270?

Interessant ist das neuentdeckte Planetensystem aber noch aus einem anderen Grund: Mit einer Entfernung von nur 73 Lichtjahren und einem relativ hellen, aber ruhigen Stern, bietet es nahezu ideale Voraussetzungen, um Näheres zu den Atmosphären der Planeten und den Bedingungen auf ihren Oberflächen zu erfahren, wie die Astronomen erklären. Diese Informationen liefern könnte das voraussichtlich 2021 ins All startende James Webb Weltraumteleskop der NASA, das besonders hochauflösende Beobachtungen erlaubt. „Es gibt eine ganze Menge kleiner Puzzleteile, die wir mit diesem Planetensystem lösen könnten“, sagt Günther. „Wir können all die Dinge untersuchen, die wir in der Exoplanetenforschung wissen wollen.“

Eine spannende Frage wird dabei sein, ob der Zwergstern TOI-270 möglicherweise noch weitere, lebensfreundliche Planeten besitzt. Denn von den drei bisher entdeckten liegt nur der äußere Sub-Neptun, TOI-270d, in der habitablen Zone dieses Sterns. Allerdings vermuten die Astronomen, dass dieser Planet eine so dicke Atmosphäre hat, dass ein starker Treibhauseffekt die Oberfläche unbewohnbar machen würde. „Die Gleichgewichtstemperatur von TOI-270d könnte den Planeten aber in einen Bereich bringen, der von Extremophilen überlebt werden kann“, sagen die Forscher. „Zusätzliche Begleiter außerhalb es Orbits von TOI-270d könnten zudem auch in die habitable Zone von 0,1 bis 0,28 astronomischen Einheiten fallen.“ Ob es in diesem Bereich noch weitere Planeten gibt, könnten sich mit künftigen Teleskopen feststellen lassen.

Quelle: Maximilian Günther (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-019-0845-5

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