Wissenschaftler der NASA haben einen zweiten potenziell lebensfreundlichen Planeten um den Roten Zwerg TOI-700 ausgemacht. Der Himmelskörper hat etwa die Größe der Erde und beherbergt vielleicht flüssiges Wasser. Möglich gemacht wurde die Entdeckung den Angaben zufolge durch das NASA-Weltraumteleskop TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), das im April 2018 von einer SpaceX Falcon 9-Rakete in eine Umlaufbahn um die Erde gebracht worden war. Seither hat das Teleskop 285 bestätigte Exoplaneten und mehr als 6.000 weitere mögliche Kandidaten entdeckt.
Einer der bisher faszinierendsten bestätigten Planeten ist ein Himmelskörper mit der Bezeichnung TOI 700 d, der etwa so groß ist wie die Erde und sich innerhalb der habitablen Zone seines Sterns befindet. Als habitable oder auch "bewohnbare" Zone bezeichnet man den Bereich um einen Stern, in dem Bedingungen herrschen können, die komplexes Leben ermöglichen. Innerhalb dieser Zone ist es weder zu heiß noch zu kalt, sodass die Voraussetzungen für flüssiges Wasser gegeben sind – ein wichtiger Grundbaustein für das Leben.
Nun haben die NASA-Wissenschaftler allerdings festgestellt, dass TOI 700 d einen ebenso bedeutsamen Nachbarn hat, nachdem das Weltraumteleskop TESS im Oktober 2021 eine interessante Beobachtung gemacht hatte. "Wir haben uns das beim ersten Mal angeschaut und uns gefragt: 'Ist das echt?'", erklärte die an der Entdeckung beteiligte Astronomin Emily Gilbert vom Jet Propulsion Laboratory der NASA am Dienstag in Seattle, auf der 241. Tagung der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft, wo die Studienergebnisse erstmals vorgestellt wurden. Und sie fügte hinzu:
"Ich war sehr aufgeregt."
Im Jahr 2020 hatten Gilbert und ihre Kollegen drei Planeten um einen etwa 100 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern namens TOI 700 (TOI steht für "TESS Object of Interest") ausmachen können. Dieser Stern ist ein Roter Zwerg, aber im Gegensatz zu vielen seiner Geschwister ist TOI 700 relativ ruhig. So verzeichneten die Wissenschaftler bisher zumindest keine plötzlichen Aktivitätsschübe des Zwergs, die jeglicher Form von Leben auf einer dem Stern nahen Welt entgegenstünden. "In dem vollständigen, zweijährigen Datensatz, den wir von TESS haben, sehen wir keinen Hinweis auf optische Fackeln", so Gilbert.
Zwei der drei Planeten, die TESS im TOI 700-System ursprünglich lokalisiert hatte, kreisen demnach zu nahe am Stern, befinden sich also nicht in der habitablen Zone. Auf dem dritten Planeten aber, bekannt als TOI 700 d, könnten potenziell lebensfreundliche Bedingungen herrschen, da er sich in der bewohnbaren Zone um TOI 700 befindet. Diese Welt, fanden die Wissenschaftler heraus, ist etwa 20 Prozent größer als die Erde und umkreist ihren Stern etwa alle 37 Erdtage.
Um das besagte Planetensystem genauer charakterisieren zu können, war das Weltraumteleskop noch einmal einen Monat lang auf das TOI 700-System ausgerichtet worden. Dabei hielten die Wissenschaftler erneut Ausschau nach kleinen Helligkeitseinbrüchen, die auf einen Planeten hinweisen können, der zwischen dem Stern und dem Teleskop vorbeizieht. Anhand dieser Einbrüche können die Astronomen die Größe des Planeten abschätzen und seine Umlaufbahn bestimmen. Im Zuge dieser Untersuchung entdeckten sie in der Lichtkurve des Roten Zwergs neben den drei periodischen Abschattungen durch die schon bekannten Planeten ein weiteres, deutlich schwächeres Signal: jenes von TOI 700 e.
Zwar befindet sich der vermeintliche Exoplanet nicht ganz in der Region, die Astronomen üblicherweise als bewohnbare Zone bezeichnen. Allerdings ist diese Definition im Wandel begriffen. Insbesondere seit Astronomen festgestellt haben, dass sowohl die Venus als auch der Mars wahrscheinlich einmal Wasser auf ihrer Oberfläche hatten. Und dennoch bewegt sich die Venus jenseits der Innengrenze der habitablen Zone, während der Mars knapp an der Außengrenze jener Zone entlang seine Bahnen zieht. Angesichts dieser Entdeckung hatten sich Wissenschaftler letztlich für eine "optimistischere Auslegung" der bewohnbaren Zone ausgesprochen. Und in ebendieser bewegt sich TOI 700 e.
Gilbert und ihre Kollegen schätzen, dass TOI 700 e etwa 95 Prozent der Größe der Erde hat und daher wahrscheinlich ein erdähnlicher Gesteinsplanet ist. Zudem umkreist er seinen Stern in knapp 28 Tagen einmal - damit liegt er zwischen TOI 700 c und d, und somit noch gerade so in der habitablen Zone. Außerdem gehen die Forscher um Gilbert davon aus, dass die neu entdeckte Welt unter dem Einfluss gebundener Rotation (Tidal locking) steht.
"Tidal Locking" bezeichnet das Rotationsverhalten eines Körpers (eines Planeten um einen Stern oder eines Mondes um einen Planeten), der sich nahe genug an seinem Mutterkörper befindet. Dadurch ist die Anziehungskraft auf den Planeten auf der zugewandten Seite stärker als auf der anderen Seite. Über astronomische Zeiträume hinweg verlangsamt die Schwerkraft des Mutterkörpers die Rotation des Planeten, bis eine Seite immer dem Mutterkörper zugewandt und die andere Seite immer abgewandt ist. Auf diese Weise zeigt bei TOI 700 c wahrscheinlich immer dieselbe Seite in Richtung des Zwergsterns. Gilbert erklärte:
"Das ist das meiste, was wir derzeit allein aus den TESS-Daten wissen. Aber wir haben noch einige andere Missionen laufen, um ihn weiter zu charakterisieren. Wir haben zwar noch keine Ergebnisse, aber es kommen spannende Dinge auf uns zu."
TESS werde in etwas mehr als einer Woche wieder ein Auge auf TOI 700 werfen, so Gilbert, und innerhalb des kommenden Jahres würden weitere Daten erwartet. Die Forscher haben sich mittlerweile auch Verstärkung geholt: So beobachtet Gilbert das System derzeit mithilfe des Forschungsinstruments ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations) der Europäischen Südsternwarte (ESO). Dieser Spektrograph ist am Very Large Telescope (VLT) in der Atacama-Wüste in Nordchile verbaut und soll helfen, erdähnliche Exoplaneten zu charakterisieren.
Die Forscher hoffen, dass die ESPRESSO-Beobachtungen es ihnen ermöglichen werden, die Massen aller vier Planeten in diesem System bestimmen zu können. Daneben ist für die Untersuchung auch das Hubble-Weltraumteleskop mit eingebunden, um den Wissenschaftlern dabei zu helfen, die ultravioletten Emissionen des Sterns abzuschätzen – Informationen, die Klimamodelle für diese Planeten liefern könnten. Möglich gemacht hat die Entdeckung letztlich jedoch das Weltraumteleskop TESS. Die Nutzung der Sonde war ursprünglich auf zwei Jahre ausgelegt. Angesichts der mit ihrer Hilfe gemachten Entdeckungen wurde die Mission im September 2022 allerdings erneut verlängert.
TOI 700 befindet sich in einem Bereich des Kosmos, den TESS ständig sieht, wenn es den Südhimmel untersucht. Insgesamt hatten Gilbert und ihr Team das Vorüberziehen von TOI 700 e an seiner Sonne 14-mal beobachten müssen, bevor sie bestätigen konnten, dass das Signal echt war. "Wenn der Stern etwas näher oder der Planet etwas größer gewesen wäre, hätten wir TOI 700 e vielleicht schon im ersten Jahr der TESS-Daten entdecken können", sagte Ben Hord, Forscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland, in einer Erklärung.
"Aber das Signal war so schwach, dass wir das zusätzliche Jahr der Transitbeobachtungen brauchten, um es zu identifizieren."
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