Neu Entdeckte Super-Erde Fördert Die Suche Nach Außerirdischem Leben

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-21 22:30

Der Planet LHS 1140 b umkreist einen nur 40 Lichtjahre entfernten dunklen roten Zwergstern und ist damit ein Hauptziel für lebenssuchende Teleskope.

Für Wissenschaftler, die den Himmel nach anderen erdähnlichen Planeten - anderen lebenden Welten - durchsuchen, ist die hellste Hoffnung möglicherweise ein ruhiger Stern, der zu dunkel ist, um mit bloßem Auge gesehen zu werden, ein ruhiger und einsamer roter Zwerg namens LHS 1140, der sich nur 40 Lichtjahre entfernt befindet im südlichen Sternbild Cetus. Dort hat ein internationales Team von Astronomen eine Welt gefunden, die, obwohl sie kein Zwilling der Erde ist, sicherlich als enger Cousin gilt.

LHS 1140 b ist eine „Supererde“, ein Planet, der größer als unser Planet, aber kleiner als Neptun ist, und die häufigste Vielfalt der Welt, von der angenommen wird, dass sie in unserer Galaxie existiert. Viele ehemalige Supererden haben sich jedoch als unbewohnbare „Mini-Neptune“erwiesen, die unter dicken Gasschichten erstickt sind. Diese Welt ist anders. Mit knapp 50 Prozent größer als die Erde, aber mehr als sechsmal so schwer, deuten seine Abmessungen darauf hin, dass es sich um eine Kugel aus Fels und Metall handeln muss, möglicherweise mit einer dünnen und vergleichsweise erdähnlichen Atmosphäre. Seine 25-Tage-Umlaufbahn bringt es seinem Stern zehnmal näher als die Erde jemals unserer Sonne, aber LHS 1140 scheint so schwach, dass sein Planet nur die Hälfte des Sternenlichts aufnimmt, das unsere eigene Welt erhält - gerade genug, um das zu erhalten Möglichkeit lebensspendender flüssiger Wassermeere auf seiner Oberfläche. Diese fremde Welt könnte aufgrund ihrer Nähe zu ihrem Stern gezeitengesperrt sein und ewig dasselbe Gesicht zu ihrer Sonne drehen wie der Mond zur Erde, wobei ihre andere Seite in ständiger Dunkelheit zurückbleibt. Der Planet und der Stern sind schätzungsweise mindestens fünf Milliarden Jahre alt, dh etwa eine halbe Milliarde Jahre älter als unser Sonnensystem.

Am wichtigsten ist, dass jede Umlaufbahn diese gemäßigte, felsige Welt von der Erde aus gesehen über das Gesicht ihres Sterns „durchquert“- eine zufällige Ausrichtung, die es Astronomen ermöglicht, den Planeten genauer zu beobachten als jede andere potenziell bewohnbare Welt, die sich bisher außerhalb unseres Sonnensystems befindet. Moleküle in der oberen Atmosphäre eines Transitplaneten absorbieren einen Teil des durchgehenden Sternenlichts und bilden einen schwachen Lichtring rund um den Globus, den Astronomen untersuchen können, um herauszufinden, was sich in seiner fremden Luft befindet. In den kommenden Jahren werden Astronomen diese und andere Techniken verwenden, um nach Biosphären zu suchen, die möglicherweise auf LHS 1140 b vorhanden sind, und möglicherweise Anzeichen von Sauerstoff und anderen atmosphärischen Gasen aufzudecken, die auf der Erde den buchstäblichen Atem des Lebens ausmachen. Die Entdeckung des Planeten wird in einer in Nature veröffentlichten Studie detailliert beschrieben.

„LHS 1140 b ist der beste Kandidat, um in naher Zukunft nach Lebenszeichen zu suchen“, sagt Studienkoautor David Charbonneau, Astronom an der Harvard University, der das MEarth-Projekt leitet, ein globales Netzwerk kleiner Teleskope, das das erste Mal beobachtet hat Transitplanet. (Das "M" in "MEarth" steht für "M Zwerg", ein Fachbegriff für jene roten Zwergsterne, die etwa 30 Prozent oder weniger der Masse der Sonne entsprechen. Solche Sterne sind bei weitem die häufigste Sorte in unserer Galaxie. und am besten für Studien von Planeten geeignet.) "Dies ist das erste Mal, dass wir einen felsigen Planeten finden, der uns die Möglichkeit gibt, nach Sauerstoff zu suchen", fügt Charbonneau hinzu. Dies ist wirklich der, nach dem wir gesucht haben.

Lange gesucht, war der Planet auch einer, der fast entkommen wäre. MEarths Teleskopreihe in der südlichen Hemisphäre am Cerro Tololo Interamerikanischen Observatorium in Chile hat im September 2014 erstmals vorläufige Anzeichen für den Transit von LHS 1140b festgestellt. MEarth-Teammitglied und leitender Studienautor Jason Dittmann, damals Doktorand in Harvard Die Universität leitete die Bemühungen, den potenziellen Planeten zu bestätigen und zu untersuchen. Die Argumente für den Planeten wuchsen in den nächsten zwei Jahren langsam, als das MEarth-Team die Hilfe einer zweiten Gruppe von Astronomen in Anspruch nahm, die das HARPS-Instrument des Europäischen Südobservatoriums in Chile bedienten - dem weltweit führenden Spektrographen für die Planetenjagd. Anstatt nach Transiten zu suchen, findet HARPS Planeten anhand der periodischen Gravitationsschwankungen, die sie ihren Sternen auferlegen. Diese langsame, sorgfältige Technik ermöglicht die Schätzung der Masse eines Planeten. „MEarth hat ein Transitereignis entdeckt, aber nur eines, und es war ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis, sodass sie nicht ganz sicher waren, ob es real ist“, sagt der Co-Autor der Studie, Xavier Bonfils, ein Astronom an der Universität Genf, der die HARPS-Umfrage von leitet rote Zwergsterne. "Aber sie haben uns nie ein falsches Positiv gegeben, deshalb haben wir dies als einen ziemlich zuverlässigen Kandidaten angesehen und eine intensive Beobachtungskampagne gestartet."

Durch die Kombination von HARPS- und MEarth-Beobachtungen sagten die Teams schließlich voraus, dass am 1. September 2016 ein Transit für den mutmaßlichen Planeten von Einrichtungen in Hawaii und Australien aus sichtbar sein würde. In der festgesetzten Nacht verhinderte schlechtes Wetter jedoch, dass fünf der sechs Teleskope den Stern beobachteten. Nur ein Beobachter, Amateurastronom und Studienmitautor Thiam-Guan Tan, verfolgte den Transit erfolgreich mit einem kleinen Teleskop in den Vororten von Perth, Australien. In dieser Nacht schickte Tan dem MEarth-Team eine knappe E-Mail, in der er über seinen Erfolg berichtete: „Transit-Ausgang bei ~ HJD +7633.12. Tiefe ca. 5 mmag.” Das heißt, Tan hatte eine Verdunkelung von LHS 1140 um nur die Hälfte von 1 Prozent von einem Transitplaneten-Äquivalent aufgezeichnet, um „die Verdunkelung des Lichts zu beobachten, die durch ein Sandkorn verursacht wird, das sich vor einer 400 Kilometer entfernten Kerze bewegt“..

Mit der Umlaufzeit des Planeten in der Hand bestätigten nachfolgende Beobachtungen mit MEarth und HARPS schnell Schätzungen für seine Größe und Masse und zeigten, dass es sich um eine riesige, felsige und sehr bemerkenswerte Welt handelt.

Planetary Pay Dirt

Man könnte sich verzeihen lassen, dass Planetenjäger irgendwie verwirrt sind. Mit jedem Monat scheint ein neuer Hauptkandidat für „Earth 2.0“aufzutauchen. Aber nicht alle potenziell bewohnbaren Welten sind für Folgestudien gleichermaßen vielversprechend.

Zum Beispiel hat das Kepler-Weltraumteleskop der NASA seit seinem Start im Jahr 2009 etwa ein Dutzend potenziell bewohnbarer Welten entdeckt, die andere Sterne in unserer Galaxie durchqueren. Doch Keplers Funde sind Tausende von Lichtjahren entfernt - zu weit, um auf nuanciertere Anzeichen von Bewohnbarkeit und Leben untersucht zu werden. Umgekehrt entdeckten Astronomen im vergangenen Jahr einen potenziell bewohnbaren erdgroßen Planeten, Proxima b, um den nächsten Nachbarstern der Sonne, den Roten Zwerg Proxima Centauri, kaum mehr als vier Lichtjahre entfernt. Aber wie die meisten anderen bekannten Welten in der Nähe scheint Proxima b nicht zu durchqueren, was bedeutet, dass tiefere Studien um Jahre verzögert werden können, da Astronomen die Technologie entwickeln, um tatsächlich ein Bild zu machen.

Anfang dieses Jahres trafen Planetenjäger mit einem System von mindestens sieben erdgroßen Planeten, die einen anderen roten Zwerg, TRAPPIST-1, durchqueren, der wie LHS 1140 etwa 40 Lichtjahre entfernt ist, auf Pay Dirt. Die Forscher untersuchten sorgfältig den Schatten jedes Transitplaneten, um seine Größe zu bestimmen, und schafften es sogar, einige ihrer Gewichte abzuschätzen, indem sie beobachteten, wie die umlaufenden Planeten aneinander zerrten, um das Timing ihrer Transite subtil zu verändern. Diese Studien lieferten jedoch gemischte Ergebnisse - die Welten von TRAPPIST-1 könnten felsig sein, sagt Charbonneau, oder sie könnten unter dicken Schichten von Wasser, Eis oder Gas ertrinken oder ersticken. Trotzdem können Astronomen, die das kommende Infrarot-James-Webb-Weltraumteleskop der NASA oder bodengestützte Bodenteleskope mit 30-Meter-Spiegeln im Bau verwenden, viel mehr über die Planeten von TRAPPIST-1 erfahren, indem sie deren Zusammensetzung untersuchen Atmosphären. Obwohl TRAPPIST-1 dieselbe Entfernung von der Erde hat wie LHS 1140, ist es ein viel kleinerer und dunklerer „ultracooler“roter Zwerg - so klein und dunkel wie ein Stern, kann sich aber dennoch als Stern qualifizieren. Das magere Rinnsal von Licht, das auf die Erde scheint, reicht nicht aus, um eine robuste Suche nach Luftsauerstoff zu unterstützen.

Selbst wenn TRAPPIST-1 hell genug wäre, um seine Planeten auf Anzeichen von Sauerstoff untersuchen zu können, stellt der Stern lebensbedrohliche Astronomen vor andere Probleme. Wie alle roten Zwerge erlebte es eine stürmische Jugend, in der es viel heller leuchtete, als es sich langsam auf seine aktuelle Größe zusammenzog. Diese Entstehungszeit dauerte vielleicht eine Milliarde Jahre und hat möglicherweise das Gefolge von Welten versengt und luftlos hinterlassen - oder aufgrund eines außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekts im Venus-Stil in einer zermalmenden, trockenen Atmosphäre aus fast reinem Kohlendioxid umkranzt. Noch heute ist der Stern hochaktiv und taucht seine Planeten in atmosphärisch erodierende Röntgen- und Ultraviolettstrahlung. Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass LHS 1140 eine viel kürzere Entstehungsphase von nur 40 Millionen Jahren hatte und jetzt ein relativ ruhender Stern ist. "Das ist jetzt die große Frage:" Welcher Planet wird seine Atmosphäre gegen Sternerwärmung und Erosion bewahren? ", Sagt Bonfils. "Und die Chance scheint um einen ruhigen Stern wie LHS 1140 höher zu sein."

Der große Teil von LHS 1140 b könnte laut seinen Entdeckern zusätzliche Vorteile bieten. Das starke Gravitationsfeld des Planeten hat es ihm möglicherweise ermöglicht, mehr Luft gegen Beleidigungen durch Sterne zurückzuhalten. Und selbst wenn es seine ursprüngliche Atmosphäre verlor oder während der anfänglichen 40 Millionen Jahre planetarisch brennender Helligkeit seines Sterns einen außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt erlitt, waren seine Kruste und sein Mantel damals wahrscheinlich noch geschmolzen und bildeten einen planetarischen Magma-Ozean, der als Reservoir fungieren könnte für flüchtige Gase. Wenn das Magma abkühlt, kann es diese Gase freisetzen, um die Atmosphäre des Planeten und den Wasserbestand wieder aufzufüllen.

Das gemeinsame Studium beider Planetensysteme könnte laut Dittmann entscheidende Erkenntnisse darüber liefern, wie potenziell bewohnbare Welten ihre Atmosphäre um rote Zwergsterne erhalten oder verlieren können. „Zwischen TRAPPIST-1 und LHS 1140 b haben wir die Möglichkeit, einen Planeten, der von einem aktiven ultrakühlen Zwergstern in intensive Strahlung getaucht wurde, mit einem Planeten zu vergleichen, der sich um einen viel ruhigeren, stabileren Stern befindet“, erklärt er. "Damit können wir einige lustige Fragen stellen und beantworten." In der Zwischenzeit seien die Pläne des MEarth-Teams für LHS 1140 "unglaublich einfach: Wir werden dieses System mit allem, was wir haben, treffen."

Alle Augen auf den Preis

Das Team hämmert bereits mit zusätzlichen Beobachtungen auf das System ein und bombardiert den Stern mehrere Monate lang praktisch jede Nacht mit HARPS-Messungen, in der Hoffnung, die wahre Masse des Planeten festzuhalten und zu erfahren, ob andere Welten im System lauern. Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA messen, wie viel ultraviolettes Licht vom Stern auf den Planeten fällt, um seine Lebensperspektiven besser zu verstehen. Zusätzliche, noch zu genehmigende Beobachtungen mit Hubble und einem anderen weltraumgestützten NASA-Teleskop, dem Chandra X-Ray Observatory, könnten Aufschluss darüber geben, wie viel energiereiche Strahlung die Welt empfängt, und ihre Fähigkeit zur Unterstützung des Lebens weiter verdeutlichen.

In diesem Herbst hofft das Team, die meisten Weltklasse-Teleskope in Chile für eine Nacht übernehmen zu können und am 26. Oktober mit den beiden 6,5-Meter-Magellan-Teleskopen sowie drei oder vier der acht Meter langen Observatorien einen Transit des Planeten zu überwachen das macht den Very Large Telescope-Komplex des European Southern Observatory aus. Diese Beobachtungen werden versuchen, die Atmosphäre des Planeten zu erfassen - oder zumindest zu bestätigen, dass ihm eine dicke, die Biosphäre erstickende Hülle aus Gas fehlt.

Die besten Informationen werden jedoch später in diesem Jahrzehnt und früh im nächsten mit dem Start des Webb-Teleskops der NASA im Jahr 2018 und dem Debüt von bodengestützten 30-Meter-Teleskopen mit extrem großer Größe in den 2020er Jahren vorliegen. Webb arbeitet im infraroten Teil des Spektrums und könnte in der Atmosphäre von LHS 1140 b nach Anzeichen von Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan und anderen Gasen suchen. Eine bodengestützte Einrichtung wie das im Bau befindliche Riesenmagellan-Teleskop (GMT) könnte im sichtbaren Licht, das vom Planeten reflektiert wird, nach Luftsauerstoff suchen. Laut Charbonneau könnten Astronomen durch die Kombination von Daten aus Webb und GMT zwischen potenziell biologischen Sauerstoffquellen wie photosynthetischen Organismen und abiotischen Produktionswegen für das Gas unterscheiden, die durch außer Kontrolle geratene Gewächshausbedingungen in enormen Mengen erzeugt werden können. "Die Botschaft ist, dass wir wirklich sowohl Webb als auch so etwas wie die GMT brauchen", sagt Charbonneau. „Die GMT könnte Sauerstoff nachweisen, was uns sagen würde, dass dort wirklich Leben sein könnte. Aber um die Quelle dieses Sauerstoffs zu verstehen, müssen Sie andere atmosphärische Moleküle messen, und diese werden im Bereich von Webb liegen. “

Astronomen, die Webb auf den Start vorbereiten, planen bereits Beobachtungen des neuen Planeten. "Nur die Zeit wird es zeigen, aber ich wäre nicht überrascht, dass LHS 1140b in seinem gesamten Leben zu einem der am besten untersuchten Planeten von Webb wird", sagt René Doyon, Astronom an der Universität von Montreal und Hauptforscher bei NIRISS, a In Kanada gebautes Instrument für Webb, das für die Untersuchung der Planetenatmosphäre optimiert ist. Doyon hat bereits einen Teil der wertvollen Beobachtungszeit von NIRISS für das Studium des Systems aufgewendet, das er als "Traumziel" für Webb bezeichnet.

Dittmann (der inzwischen an das Massachusetts Institute of Technology gewechselt ist, wo er als Postdoktorand tätig ist) überlegt, ob sich die Investition auszahlen wird, wenn er über die Aussicht nachdenkt, Jahre oder Jahrzehnte seiner wissenschaftlichen Karriere dem Studium dieses neu entdeckten Planeten zu widmen. Rote Zwerge und Supererden sind jeweils die am häufigsten vorkommenden Sterne und Planeten in der Galaxie. Wenn sie sich zu einem Transitsystem zusammenschließen, bieten sie Astronomen eine Fülle von Beobachtungsmöglichkeiten mit aktueller oder in naher Zukunft verfügbarer Technologie. Sie sind aber auch zutiefst fremd und stellen Beobachter vor unzählige einzigartige Herausforderungen, um sie und ihre Lebensperspektiven zu verstehen. Studien über bekanntere Gebiete - kleinere Planeten um knappe, größere Sterne wie unsere Sonne - sind derzeit weitaus schwieriger, mit bahnbrechenden Ergebnissen, die vielleicht noch Jahrzehnte entfernt sind.

"Wir werden wegen ihres Überflusses und unserer verfügbaren Technologie zu [roten Zwergen] gedrängt. Aber weißt du, wir gehen jeden Tag nach draußen und da oben leuchtet ein schöner gelber Stern für uns “, sinniert Dittmann. "Es ist seltsam, sich zu fragen, warum wir nicht stattdessen einen der häufigsten Sterntypen im Universum umkreisen - und vielleicht liegt es daran, dass sie nicht so gut fürs Leben sind. Es ist in aller Munde - sicherlich in meinem. Andererseits hätte das Leben um diese Sterne vielleicht kein Problem. Wichtig ist, dass wir jetzt an dem Punkt angelangt sind, an dem wir diese Planeten wie LHS 1140 b und die von TRAPPIST-1 und mehr finden und untersuchen, damit wir all diese Hypothesen mit tatsächlichen Daten konfrontieren können. Hier gehen wir also hin. In 10 Jahren werde ich vielleicht meine Worte essen, aber in 10 Jahren werde ich auch viel Teleskopzeit essen."