Ein internationales Team unter Beteiligung der Universität Genf (UNIGE) und des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS verkündet die Entdeckung einer neuen Super-Erde um einen etwas kühleren Stern als unsere Sonne. Wieder einmal ermöglichte das hochpräzise Spektrograf ESPRESSO – entworfen und entwickelt unter der Leitung der UNIGE – diese Entdeckung.
Die Dichte dieses Planeten, genannt TOI-512 b, beträgt das 1,02-fache der Erde. Seine physikalischen Parameter platzieren ihn in der Übergangszone zwischen Gasplaneten und Gesteinsplaneten. Eine der großen Herausforderungen der modernen Astrophysik ist es, die Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen zu verstehen, die entweder Gasplaneten oder Gesteinsplaneten hervorbringen. Diese Arbeit ist in
Astronomy & Astrophysics nachzulesen.
Um Exoplaneten zu entdecken, stehen Astronomen hauptsächlich zwei Methoden zur Verfügung: die Transitmethode und die Radialgeschwindigkeitsmethode. Die erste beobachtet die Helligkeitsabnahme, die durch den Vorbeizug eines Planeten vor seinem Stern verursacht wird. Die zweite misst die Geschwindigkeitsänderungen des Sterns, die durch die Anwesenheit des Planeten induziert werden.
Letztere Methode erfordert die Beobachtung der Sterne einzeln mithilfe eines Spektrografen, was beträchtliche Beobachtungszeit in Anspruch nimmt. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Transitmethode die gleichzeitige Überwachung mehrerer tausend Sterne mit einem einzigen Teleskop, was sie wesentlich effizienter für die Entdeckung von Exoplaneten macht.
Solche Entdeckungen sind entscheidend, um unser Verständnis der Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen von Planeten zu verbessern.
"In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Transitmethode eindeutig die Oberhand gewonnen", erklärt Mara Attia, Postdoktorandin am Departement für Astronomie der naturwissenschaftlichen Fakultät der UNIGE und Mitautorin der Studie.
"Allerdings produziert die Transitmethode viele Falschmeldungen. Oft ist es notwendig, die andere Technik einzusetzen, um die Existenz eines Exoplaneten um einen Stern zu bestätigen. Außerdem kann sie auch nicht die Masse eines Planeten messen, eine unverzichtbare Variable, um seine Natur zu untersuchen. Auch hier muss auf die Radialgeschwindigkeitsmethode zurückgegriffen werden."
In Grün der Stern TOI-512, um den der Exoplanet TOI-512 b kreist.
©José Rodrigues
Eine Art beobachtungstechnischer Tango hat sich somit zwischen den beiden Methoden etabliert. Die Transitmethode liefert zahlreiche Planeten-"Kandidaten", die dann von Spektrografen weltweit bestätigt werden, wobei gleichzeitig die Masse dieser neuen Exoplaneten bestimmt wird.
Die Präzision von ESPRESSO
Eines der derzeit produktivsten Transitprogramme ist das Weltraumteleskop TESS, das seit seinem Start im Jahr 2018 mehr als 7.000 Exoplaneten-Kandidaten geliefert hat. Für Radialgeschwindigkeitsmessungen bleibt jedoch ESPRESSO, dessen Konzeption und Bau von der UNIGE geleitet wurde, das präziseste Spektrograf der Welt. Eines seiner Beobachtungsprogramme, die "Arbeitsgruppe Nummer 3 (WG3), TESS-Nachverfolgung", wird vom Departement für Astronomie der UNIGE geleitet. Seine Aufgabe ist es, den planetaren Charakter der von TESS entdeckten Kandidaten zu bestätigen, mit dem wissenschaftlichen Ziel, den Übergang zwischen Gesteins- und Gasplaneten besser zu verstehen.
Super-Erde oder Mini-Neptun
In unserem Sonnensystem sind die größten Gesteinsplaneten die Erde und die Venus. Die kleinsten Gasplaneten sind Uranus und Neptun, mit Massen, die jeweils 14,5- und 17,1-mal größer sind als die der Erde. Unser Sonnensystem enthält keinen Planeten, der zwischen Erde und Uranus liegt. Doch die Analyse der Exoplanetenpopulation zeigt, dass Planeten mit einer Masse zwischen 3 und 10 Erdmassen zu den häufigsten in unserer Galaxie gehören.
Da ihre Natur nicht genau bekannt ist, werden sie in zwei Kategorien eingeteilt: Super-Erden, wenn ihre Dichte der der Erde ähnelt (sie sind wahrscheinlich Gesteinsplaneten), und Mini-Neptune, wenn ihre Dichte der von Neptun näherkommt (sie sind wahrscheinlich Gasplaneten).
Jahrelange Arbeit für einen neuen Planeten
Exoplaneten sind überall. Jeder Stern hat höchstwahrscheinlich sein eigenes Planetensystem mit einem bedeutenden Anteil an Super-Erden oder Mini-Neptunen. Dennoch stellt jede Entdeckung eine Herausforderung dar und erfordert jahrelange Arbeit. Die neue von ESPRESSO entdeckte Exoplanete TOI-512 b bildet da keine Ausnahme. Ihre Entdeckung erforderte 72 Tage kontinuierlicher Beobachtungen mit TESS über mehr als zwei Jahre, 37 Nächte Beobachtungen mit ESPRESSO in acht Monaten, gefolgt von langen Monaten rigoroser Analyse durch ein internationales Team.
Ein Würfel von 1 cm Kantenlänge aus Material von TOI-512 b wiegt 5,62 Gramm, ein Wert, der nahe an dem der Erde liegt (5,51 Gramm). Es handelt sich also um eine Super-Erde mit einer Masse, die das 3,5-fache der Erde beträgt, und einem Radius, der 1,5-mal größer ist. Sie umkreist ihren K-Stern, der etwas kühler (5000 °C) ist als unsere Sonne, in etwas mehr als 7 Erdentagen. Innerhalb der Exoplanetenpopulation platziert diese physikalischen Eigenschaften TOI-512 b in der Übergangszone zwischen Gesteins- und Gasplaneten.
"Die Präzision von ESPRESSO war entscheidend, um die Zusammensetzung von TOI-512 b zu charakterisieren. Es ist ein kleiner Beitrag zur bereits langen Liste bekannter Planeten, aber solche Entdeckungen sind essentiell, um unser Verständnis der Entstehungs- und Entwicklungsmechanismen von Planeten zu verbessern. Es werden noch viele weitere benötigt, um unsere Hypothesen in wissenschaftliche Gewissheiten zu verwandeln", schließt José Rodrigues, Doktorand am Institut für Astrophysik in Porto und Erstautor der Entdeckung.
Quelle: Universität Genf