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Astronomen entdecken zweitnächsten bekannten Exoplaneten

Das der Erde zweitnächste Sternensystem ist eines der am intensivsten untersuchten Ziele in der Galaxie. Astronomen messen seit Jahrzehnten winzige Merkmale des Sterns, suchen nach Anzeichen für umlaufende Planeten, und im Laufe der Jahre wurden hier und da Hinweise auf eine mögliche Welt, die an dem Stern zerrt, gefunden - aber nichts wurde jemals als schlüssig angesehen.

Jetzt haben die Astronomen jedoch endlich starke Anzeichen dafür entdeckt, dass Barnards Stern, der nur etwa sechs Lichtjahre entfernt ist, von einem oder mehreren Planeten umkreist wird.

Ein Forscherteam der Exoplaneten-Jagdanstalt Red Dots hat heute in Nature eine Studie veröffentlicht, die mehr als 20 Jahre Beobachtungen des Sterns zusammenfasst. Die Arbeit brachte einen ziemlich ungewöhnlichen Planetenkandidaten hervor: einen superkalten Planeten, der etwa das 3, 2-fache der Masse der Erde beträgt und alle 233 Tage seinen Stern umkreist.

Barnards Planet Künstlerische Darstellung des Planeten Barnard's Star unter dem orange getönten Licht des Sterns. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa)

Barnards Stern, ein kleiner roter Zwerg, war lange Zeit ein Hauptziel der Planetenjagd. Von 1963 bis 1972 wurde allgemein angenommen, dass der Stern einen oder mehrere Gasriesen beherbergt, was für einige der frühesten Behauptungen extrasolarer Planeten verantwortlich ist, die breite Aufmerksamkeit erregt haben. Die "Planeten" waren jedoch nichts anderes als ein Instrumentierungsproblem beim Sproul Observatory in Swarthmore, Pennsylvania, dessen Direktor Peter van de Kamp zuerst die Existenz von Planeten um den Stern behauptete.

Seitdem haben jedoch Planetenjäger nach Planetenjägern ihre Teleskope auf den Stern gerichtet, um Anzeichen für etwas Außergewöhnliches zu finden. Obwohl Barnards Stern - nach den drei Sternen des Alpha-Centauri-Systems - das der Erde zweitnächste Sternensystem ist, blieben die Astronomen leer, bis viele Jahre an Daten gewonnen werden konnten.

Diese kalte Supererde ist nach Proxima Centaur b der zweitnächste bekannte Exoplanet der Erde.

"Letztendlich glauben wir fest daran, dass das Objekt da ist", sagt Ignasi Ribas vom Institut de Ciències de l'Espai und Hauptautor des Papiers. "Wir müssen immer ein bisschen vorsichtig bleiben, und natürlich sollten mehr Daten die Argumente dafür stärken, aber wir waren uns sicher, dass wir bereit waren, mit der Veröffentlichung fortzufahren."

Ein Teil der Herausforderung, den Planeten zu finden, stammt von der Methode, die Astronomen verwendeten: Radialgeschwindigkeit (RV). Die Radialgeschwindigkeitsmethode sucht nach Gravitationsänderungen, wenn ein Planet seinen Stern drückt oder zieht. Die Methode eignet sich hervorragend zum Auffinden großer Planeten und wurde effektiv zum Auffinden kleinerer Planeten in der Nähe wie Proxima Centauri b verwendet. Beim Auffinden kleiner, weit entfernter Planeten ist dies jedoch eine ganz andere Angelegenheit.

Barnards Stern b, wie der neue Planet genannt wird, verändert die Radialgeschwindigkeit seines Sterns nur um 1, 2 Meter pro Sekunde. Die ersten mit der RV-Methode entdeckten Planeten verursachten Änderungen von 13 Metern pro Sekunde, wodurch dieses Signal weniger als 10 Prozent der Stärke anderer erfolgreicher Funde ausmachte.

Cullen Blake, Professor an der Universität von Pennsylvania, der nicht an der Studie beteiligt war, sagt, dass einige der RV-Daten möglicherweise durch die Sternaktivität des Sterns getrübt worden sein könnten. Die schiere Anzahl der Beobachtungen lässt jedoch den Schluss zu, dass der Planet da ist.

"Es scheint, als gäbe es ein beträchtliches Rauschen in Bezug auf die Sternaktivität, das sie modelliert haben", sagt er. "[Der Kandidat] ist sehr stark in Bezug auf die statistische Signifikanz."

Die ersten Hinweise darauf, dass Barnards Planet dort war, kamen im Jahr 2015, als einer der Mitautoren der Veröffentlichung, Mikko Tuomi, die vorhandenen Radialgeschwindigkeitsdaten des Sterns untersuchte und eine Veränderung in einem Zeitraum von 233 Tagen feststellte. Zu der Zeit war die Argumentation für ein planetarisches Objekt (anstelle einer dem Stern innewohnenden Aktivität) nicht stark genug, um für sich allein zu stehen.

Ribas und sein Team nutzten 800 verschiedene Beobachtungen von Barnards Stern, um die Unsicherheit, dass der Planet existierte, zu verringern. Nach einer Analyse der Datenmengen von Jahrzehnten scheint die Existenz von Barnards Stern b ziemlich sicher zu sein - obwohl das stets vorsichtige Red Dots-Team ihn immer noch als Planetenkandidaten bezeichnet.

Barnards Stern Grafische Darstellung der relativen Abstände zu den nächsten Sternen von der Sonne. Barnards Stern ist das zweitnächste Sternensystem und der nächste Einzelstern für uns. (IEEC / Science-Wave - Guillem Ramisa)

Und die Forscher fanden noch etwas anderes in den Daten: schwache Beweise für einen anderen Planeten, der als Barnards Stern c bekannt sein würde. Es wird geschätzt, dass dieser gespenstische zweite Planet im System, falls er existiert, eine lange Umlaufzeit und etwa die Masse von Neptun hat. Die Existenz des Gasplaneten ist noch schwerer zu beweisen, da er aufgrund seiner zehnjährigen Laufzeit ein schwächeres Signal abgibt. Es ist jedoch bemerkenswert, dass die Messungen den Planeten in einen ähnlichen Zeitraum versetzen, wie es van de Kamp in den 1960er Jahren behauptete.

Van de Kamp glaubte mindestens zwei Planeten gesehen zu haben, einen in einer 12-jährigen und einen in einer 25-jährigen Umlaufbahn, beide um die Masse des Jupiter. Die Anhaltspunkte kamen von astrometrischen Signalen, die aufgrund des Einflusses eines unsichtbaren Planeten auf eine Abweichung des Weges eines Sterns von einer Mittellinie hinweisen.

Das neue Signal scheint dagegen auf etwa 15 Erdmassen hinzudeuten, was wahrscheinlich kein wahrnehmbares astrometrisches Signal von der Erde anzeigt. (In der neuen Veröffentlichung wird erwähnt, dass Gaia, ein weltraumgestütztes Astrometrie-Observatorium, den Planeten möglicherweise bestätigen kann.) Aufgrund seiner Größe ändert sich die Radialgeschwindigkeit des Planeten um etwa 3 bis 4 Meter pro Sekunde - stärker als der andere Planetenkandidat, aber ohne die bloße Anzahl von Beobachtungen, die eine alternative Erklärung ausschließen.

"Wir behaupten nicht, dass dies in irgendeiner Weise mit den astrometrischen Planeten von van de Kamp zusammenhängt", sagt Ribas. Er merkt jedoch an, dass es ein interessanter Zufall ist. „Wir sehen einige Variationen. Es ist bekannt, dass die Sterne Aktivitätszyklen aufweisen. Dies könnte also ein Zyklus der Sternaktivität sein [und nicht ein Planet]. “

Der Zeitraum von 233 Tagen für die Schneewelt, Barnards Stern b, liegt weit außerhalb der bewohnbaren Zone seines Sterns. Obwohl der Planet näher an seinem Stern als die Erde an der Sonne ist, ist Barnards Stern im Vergleich dazu sehr klein und kalt. Der Planet umkreist ein Gebiet, das als "Schneegrenze" bekannt ist und in dem felsige Körper eisigeren Körpern weichen. In der Zeitung heißt es auch, dass es innerhalb der bewohnbaren Zone von Barnards Stern keine Hinweise auf irgendetwas in der Nähe der Erdmasse gibt - obwohl Mars-Massenobjekte nicht ausgeschlossen wurden.

Aber selbst wenn diese Welt zu kalt für das Leben ist, wie wir es kennen, ist es eine faszinierende Entdeckung, da der Planet viel weiter von seinem Wirtsstern entfernt ist als andere Planeten, die kleine rote Zwerge umkreisen (wie Proxima Centauri b mit a Zeitraum von nur 11 Tagen). Aus der Perspektive der Erforschung ist der Planet näher als jeder andere bekannte Exoplanet, und in 10.000 Jahren wird Barnards Stern tatsächlich eingezogen sein, um der Stern zu werden, der unserer Sonne am nächsten ist. Die Physiker überlegen bereits, wie sie eine Miniatursonde auf die etwa 4, 2 Lichtjahre entfernte Proxima Centauri b abschießen können - und in Zukunft könnte Barnards Star b ein weiteres Ziel sein.

"Ich habe das Gefühl, dass diese Dinge wahrscheinlich ziemlich häufig vorkommen, aber es ist viel schwieriger, sie zu extrahieren", sagt Blake über ferne, kleine, langperiodische Planeten wie Barnards Stern b. "Ich gehe davon aus, dass es weitere Kampagnen wie diese geben wird."

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