Wir sind bereit, erdähnliche Welten zu entdecken!

Die unendliche Exoplaneten-Story geht weiter: Jetzt entdeckten US-Wissenschaftler eine neue Klasse von extrasolaren Planeten

Nach der in der letzten Woche auf dem Stockholmer EuroScience Open Forum feierlich verkündeten Entdeckung des ersten Gesteinsplaneten und bisher kleinsten, masseärmsten Exoplaneten durch ein europäisches Forscherteam der Europäischen Südsternwarte (ESO) kontert jetzt die NASA mit zwei ähnlich spektakulären Funden. Beide neu detektierten Planeten stehen nach NASA-Angaben für eine völlig neue Klasse von extrasolaren Planeten. Einer der neuen Planeten mit der mindestens 20-fachen Erdmasse gehört zum 55 Cancri-System, in dem zuvor schon drei Exoplaneten nachgewiesen wurden. Damit ist 55 Cancri das erste Vier-Exoplaneten-System überhaupt. Über die aktuellen Funde berichten die Forscher im Dezember dieses Jahres im Astrophysical Journal.

In einer mit Spannung erwarteten und von der NASA im großen Stil angekündigten Pressekonferenz verlautbarten gestern Abend US-Astronomen die Entdeckung einer völlig neuen Klasse von extrasolaren Planeten.

Stellare biologische Wurzeln

"Wir sind der Beantwortung der goldenen Frage, ob es Leben da draußen gibt, ein Stück näher gekommen. Wir versuchen, unsere eigenen chemischen und biologischen Wurzeln in den Sternen zu finden", sagt kein Geringerer als der bekannte Planetenjäger Prof. Geoffrey (auch: Geoff) W. Marcy von der University of California in Berkeley voller Enthusiasmus. Kein Wunder, denn bei den beiden neu entdeckten Exoplaneten handelt es sich um Neptun-große Himmelskörper, die in punkto Masse das 18- bis 25-fache der Erde aufbringen, sich also in der Größenordnung von Neptun und Uranus bewegen, gleichzeitig aber nur den zwei- bis dreifachen Durchmesser der Erde haben. Viele Jupiter-ähnliche Exoplaneten hingegen bringen mitunter das 200- bis 300-fache an Erdmasse mit.

Die beiden neuen Objekte wurden von dem weltbekannten Planetenjäger-Team um Paul Butler und Geoff Marcy vom Carnegie Institute of Washington sowie der University of California, Berkeley und von der Astronomin Barbara McArthur der University of Texas, Austin und weiteren Kollegen entdeckt. Beide Funde haben inzwischen unabhängige, also nicht in den Projekten involvierte Experten, geprüft und bestätigt.

Während der offizielle amerikanische Exoplaneten-Katalog nun von 136 bestätigten Sterntrabanten ausgeht, beläuft sich die Anzahl der detektierten extrasolaren Welten beim europäischen Pendant jetzt auf 127 Planeten.

In 2,64 Tagen einmal um die Heimatsonne

Der Exoplanet, den Marcy, Butler und Deborah Fischer von der San Francisco State University sowie Steven Vogt von der University of California, Santa Cruz aufspürten, ist mindestens 20-mal, maximal 25-mal massereicher als die Erde. Nach Ansicht von Marcy könnte es sich bei dieser Welt um einen Gasplaneten handeln, auf dem Temperaturen von 370 Celsius vorherrschen.

Er umkreist den kleinen Stern Gliese 436 (GJ 436) in einer Entfernung von nur 4,1 Millionen Kilometern. Für einen Umlauf um seine Sonne benötigt der substellare Begleiter namens GJ 436 b bestenfalls 2,5 Tage. Das Objekt ist erst das zweite bekannte seiner Gattung, das einem Roten Zwergstern vom Typ M die Treue hält.

Der mit 40 Prozent der Sonnenmasse zu den massearmen seines Genres zählende Stern befindet sich sozusagen im galaktischen Vorhof – 30 Lichtjahre von der Erde entfernt – im Sternbild Löwe. "Diese Neptun-großen Planeten belegen, dass Jupiter-große Gasriesen nicht die einzigen Exoplaneten im All sind", freut sich Geoff Marcy. Und sein Kollege Paul Butler fügt hinzu: "Wir beginnen damit, immer kleinere Planeten zu sehen. Erdähnliche Planeten sind unser nächstes Ziel."

Kurz darauf wurde Marcy etwas emotionaler und zügelte keineswegs seine Begeisterung. "Wir sind bereit, erdähnliche Welten zu entdecken.". Gegenüber Space.com sagte er zudem:

Wir haben Jupiter- und Saturn-ähnliche gefunden. Und nun haben wir Neptun-artige entdeckt. Das nächste Ziel ist sind andere Erden.

Dass die Suche der beiden eng miteinander kooperierenden Teams nunmehr von Erfolg gekrönt ist und diese endlich die wohlverdienten Lorbeeren ernten können, ist vor allem deren Geduld und Beflissenheit zu verdanken. Schließlich tasteten sie mit dem W.M. Keck Observatorium in Mauna Kea, Hawaii 950 erdnahe Sterne ab und observierten diese über einen längeren Zeitraum kontinuierlich und intensiv.

In 2,81 Tagen um das Muttergestirn

Den zweiten Planeten entdeckten Barbara McArthur, Michael Endl, William Cochran und Fritz Benedict von der Universität in Texas erst nach 100 Observationssequenzen mit dem "Hobby-Eberly Telescope" des McDonald Observatoriums in West Texas. Indem die Forscher ihr Datenmaterial mit den alten Forschungsergebnissen von Marcy und Butler und mit dem Archiv-Material des NASA Hubble Space Telescope kombinierten, konnten sie die Orbits der vier Planeten genau berechnen.

Was sich dabei herauskristallisierte, spricht für einen weiteren Exoten, der 18-mal massereicher als die Erde und damit nur geringfügig "größer" als Neptun ist. Seinen Stern 55 Cancri (55 Cnc) umrundet 55 CnC e, so das Kürzel des Exoplaneten, in einer Distanz von 5,7 Millionen Kilometer einmal in 2,81 Tagen. Mit einem Alter von ungefähr fünf Milliarden Jahre hat das fremde Solarsystem tatsächlich ähnlich viele Jahre auf dem astralen Buckel wie das unsrige. Dennoch ist 55 Cnc, das 41 Lichtjahre entfernt im Sternbild Krebs beheimatet ist, ein wenig heller als die Sonne. "55 Cancri ist das erste Labor, mit dem wir die Entstehung und Evolution von Planetensystemen studieren können“, so McArthur auf der Pressekonferenz.

Erstes Vier-Exoplaneten-System

Dabei ist der neue Begleiter von 55 Cnc nicht der einzige in dem System. Noch drei weitere, größere Planeten umrunden denselben Stern. Bereits vor zwei Jahren stellten Butler und Marcy während einer Pressekonferenz im Hauptquartier der US-Raumfahrtbehörde in Washington das von ihnen gefundene Planetensystem der Öffentlichkeit vor. Das System lasse deutliche Verwandtschaft mit unserem erkennen, betonten die beiden Astronomen seinerzeit. Hieran hatte gewiss der größte Exoplanet im 55 Cancri-System entscheidenden Anteil, den das Duo damals aufspürte.

Von bislang allen identifizierten fernen Welten weist er nämlich ein signifikantes Merkmal auf: Er ist der einzige Jupiter-ähnliche Exoplanet, der ungefähr genau so weit von seinem Heimatstern entfernt ist, wie Jupiter von der Sonne. "Es erinnert uns an unsere Heimat", sagte damals das Forscherduo über den gelben G-Stern, mit dem sie bereits bestens vertraut sind, spürten sie doch bereits 1996 in dieser Region einen Planeten auf, der masseärmer als Jupiter ist und 55 Cancri in einer Distanz von nur zirka nur 15 Millionen Kilometer alle 14,6 Tage umrundet. Auf jeden Fall ist das Cancri-System jetzt das erste Vier-Exoplaneten-System überhaupt.

Wieder einmal eierte ein Stern

Beide Entdeckungen glückten dank der etablierten Radialgeschwindigkeits-Technik. Bei diesem Prinzip messen Wissenschaftler die Gravitationskraft der Planeten und die daraus resultierende minimale Bewegung des Zentralsterns. Beginnt ein Stern zu taumeln und zu torkeln, lassen sich seine rhythmischen Verschiebungen anhand der Änderung der Radialgeschwindigkeit feststellen. Bewegt sich der Stern dabei minimal auf die Erde zu, dann erscheinen die Spektrallinien zum blauen Licht des optischen Spektrums verschoben, also zum kürzeren, wohingegen im umgekehrten Fall das Ganze eine geringe Rotverschiebung aufweist.

Mittels dieser periodischen Doppler-Verschiebung sind die Astronomen in der Lage, die Änderung der Radialgeschwindigkeit zu errechnen und dadurch auch auf die Bahndaten des Planeten zu schließen. Bereits heute können Exoplanetologen das durch die Gravitation extrasolarer Planeten verursachte Schwanken der Sterne bis auf einen Meter genau berechnen.

Ein echter Durchbruch

Da die beiden Planeten entschieden kleiner sind als Jupiter, ist es nach Ansicht der Planetenjäger durchaus möglich, dass diese eher aus Stein und Eis bestehen. "Sie könnten aus Gas, Stein oder Eisen oder nur aus Gestein und Eis sein. Und dort könnte es eine Atmosphäre geben – oder auch nicht. Wir wissen es nicht", besteht Geoff Marcy. Sein Kollege, Paul Butler zeigt sich ebenso ratlos. "Ein Planet von Neptuns Größe wird wohl nicht genug Masse haben, um Gas zu binden. Aber ganz genau wissen wir es eben nicht."

Auch wenn alle bislang lokalisierten Planeten – inklusive der beiden Neulinge – für die Entwicklung von Leben, so wie wir es kennen, schlichtweg zu groß und zu heiß sind und eine zu exzentrische Umlaufbahn haben, sind sich die beiden Forscher immerhin darin sicher, dass in den Tiefen des All unzählige solcher Welten existieren. "Ausgehend von unseren bisherigen Beobachtungen glauben wir, dass allein in unserer Milchstraße 20 Milliarden Planetensysteme existieren", verdeutlicht Geoff Marcy. Nunmehr sei man in der Lage, mit Leichtigkeit Planeten zu entdecken, die nur die zehnfache Masse der Erde haben. Daher sein davon auszugehen, dass in den nächsten Jahren Dutzende von Planeten zwischen 10 und 20 Erdmassen gefunden werden. "Ja, das ist ein echter Durchbruch", schwärmt Prof. Marcy.

Auch Butler glaubt, dass die meisten, wenn nicht sogar die Mehrheit der 100 Milliarden verbleibenden Sterne in der unserer Galaxis bestimmte Arten von Planeten haben, die sie umkreisen. "Wir nähern uns allmählich Planetensystemen, die so sind wie unser Sonnensystem."

Wohl deshalb wirken die Exoplaneten peu à peu immer vertrauter. So gesehen könnte man dem US-Wissenschaftsjournalisten Dennis Overbye glatt beipflichten, der in der heute erschienenen New York Times zu Anfang seines Artikels schrieb:

The universe looks a little more familiar and friendlier today.