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Astronomie+Physik

Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Oberfläche von Barnard's Star b
So könnte die Oberfläche des Planeten "Barnard's Star b" aussehen. (Grafik: ESO/ M. Kornmesser)

In unserer kosmischen Nachbarschaft gibt es offenbar mehr Planeten als bisher gedacht. Denn nun haben Astronomen auch um Barnards Stern, den uns nächstgelegenen Einzelstern, eine Supererde entdeckt. Der Planet liegt nur sechs Lichtjahre von uns entfernt und ist damit nach Proxima Centauri b der zweitnächste bekannte Exoplanet. Die neuentdeckte Supererde ist 3,2 Mal massereicher als die Erde und umkreist den Roten Zwerg weit außerhalb der habitablen Zone. Daher herrschen auf diesem Planeten wahrscheinlich Temperaturen von minus 170 Grad – zu kalt für flüssiges Wasser und Leben.

Barnards Stern ist nach dem Dreifachsystem Alpha und Proxima Centauri unser nächster Nachbar. Am Nachthimmel fällt er vor allem dadurch auf, dass er sich schneller als alle anderen Sterne über das Firmament zu bewegen scheint. Der Rote Zwerg ist deutlich kleiner als die Sonne und besitzt nur knapp vier Promille ihrer Strahlungsleistung. Seine habitable Zone liegt daher weit näher am Stern als bei unserem Heimatstern. Wegen seines hohen Alters – er ist fast doppelt so alt wie unsere Sonne – vermuten Astronomen schon länger, dass es um diesen Zwergstern Planeten geben könnte. Tatsächlich glaubte man in den 1980er Jahren, dort die Signaturen von sogar zwei jupitergroßen Planeten zu erkennen. „Barnards Stern ist unter Astronomen berüchtigt, denn er war der erste Stern, um den man Exoplaneten gefunden zu haben glaubte – was sich aber später als Irrtum herausstellte“, erklärt Seniorautor Guillem Anglada-Escudé von der Queen Mary University of London.

Doch ein Planet um Barnards Stern

Doch trotz dieses Rückschlags haben die Planetenjäger nicht aufgegeben. Anglada-Escudé und sein Team haben gemeinsam mit Erstautor Ignasi Ribas vom spanischen Institut für Weltraumforschung im Rahmen des Projekts „Red Dots“ erneut nach Trabanten von Barnards Stern gefahndet. Für ihre Studie suchten sie nach verräterischen Veränderungen in der Geschwindigkeit des Sterns, die durch die Schwerkraft eines ihn umkreisenden Planeten entstehen. Dieses leichte „Taumeln“ bewirkt eine periodische Verschiebung im Lichtspektrum – mal ins Rote, mal ins Blaue, die mit besonders sensiblen Spektrografen nachgewiesen werden kann. „Für die Analyse haben wir Messungen von sieben verschiedenen Instrumenten über 20 Jahre hinweg gesammelt. Dies ist damit einer der größten und umfangreichsten Datensätze, der je für präzise Radialgeschwindigkeitsstudien erstellt wurde“, erklärt Ribas. „Die Kombination aller Daten führte zu insgesamt 771 Messungen – eine riesige Menge an Informationen.“

Die Suche hatte Erfolg: Aus ihren Auswertungen schließen die Astronomen, dass es um Barnards Stern einen Exoplaneten von der 3,2-fachen Masse der Erde geben muss. „Nach einer sehr sorgfältigen Analyse sind wir zu 99 Prozent sicher, dass der Planet da ist“, sagt Ribas. Diese Supererde umkreist den Roten Zwerg einmal in 233 Tagen und damit in einem Abstand, der etwa dem des Planeten Merkur von der Sonne entspricht. Weil Barnards Stern jedoch so klein und lichtschwach ist, bekommt dieser Planet trotz seiner großen Nähe nur rund zwei Prozent der Strahlenintensität, die unsere Erde erreicht. Daraus folgern die Wissenschaftler, dass der Planet mit einer mittleren Temperatur von etwa -170°C wahrscheinlich eine lebensfeindliche, eisige Wüste ist. Die Supererde ist zu kalt für flüssiges Wasser und vermutlich auch für Leben, wie wir es kennen.

Nahe der Schneelinie

Die Barnards Star b getaufte Supererde ist damit der zweitnächste Exoplanet im Umkreis des Sonnensystems – nach dem 2016 um Proxima Centauri entdeckten erdähnlichen Planeten. Noch schließen die Forscher zudem nicht aus, dass es um Barnards Stern nicht noch einen zweiten, weiter außen kreisenden Exoplaneten geben könnte. „Unser Modell spricht für ein Objekt mit mehr als 15 Erdmassen in einem Orbit von mehr als vier astronomischen Einheiten“, berichten Ribas und seine Kollegen. Bisher allerdings sind die Daten zu uneinheitlich und dünn, um diesen Planetenkandidaten wirklich zu belegen. Dennoch: In einem Radius von rund zehn Lichtjahren um die Erde kennen Astronomen damit schon vier Planetensysteme. Im Umkreis von 15 Lichtjahren sind es sogar 14. Damit bestätigt die Entdeckung erneut, dass unser Sonnensystem keine Ausnahme unter den umliegenden Sternen ist und dass unsere kosmische Nachbarschaft zahlreiche fremde Welten umfasst.

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Der Planet um Barnards Stern ist für die Astronomen aber auch noch aus einem anderen Grund interessant: Sein Orbit liegt genau auf der sogenannten Schneelinie – der Zone eines Planetensystems, ab der Wasser zu Eis gefriert. Gängiger Theorie nach spielt sie eine prägende Rolle bei der Planetenbildung. Demnach entstehen innerhalb dieser Zone primär Gesteinsplaneten, außerhalb dagegen Gasplaneten und Eismonde. „Die Entdeckung eines massearmen Planeten nahe der Schneelinie erlegt nun diesen Modellen starke Beschränkungen auf“, schreibt Rodrigo Diaz von der Universität Buenos Aires in einem begleitenden Kommentar. „Denn bisher hat man nur Gasriesen in diesem Abstand von ihrem Stern gefunden.“

Quelle: Ignasi Ribas (Institut de Ciències de l’Espai, Bellaterra) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-018-0677-y

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