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Exoplanet: Erdgroßer Planet in lebensfreundlicher Zone um Zwergstern entdeckt

Dem Ziel, eine zweite Erde im Kosmos zu finden, sind US-amerikanische Astronomen einen Schritt näher gekommen. Mit Hilfe von Daten des Weltraumobservatoriums Kepler entdeckten sie einen erdgroßen Planeten, der sein Zentralgestirn innerhalb der "lebensfreundlichen Zone" umrundet: in demjenigen Abstandsbereich, in dem Wasser – sofern es hier vorhanden ist – im flüssigen Zustand existieren könnte.
Kepler 186f - Künstlerische Illustration

Ein Forscherteam um Elisa V. Quintana vom US-amerikanischen SETI Institute in Mountain View hat mit Daten des Weltraumteleskops Kepler einen erdgroßen Planeten nachgewiesen, der sein Zentralgestirn innerhalb der "lebensfreundlichen Zone" umläuft: Kepler 186f. Einem Bericht zufolge, den das Team heute, am 17. April 2014, im Fachmagazin Science veröffentlichte, ist der Planet Mitglied eines Systems aus fünf Trabanten, die einen relativ kühlen Zwergstern umrunden. Das System ist rund 500 Lichtjahre von uns entfernt. Der Zwergstern vom Spektraltyp M weist eine deutlich geringere Leuchtkraft auf als unsere Sonne. Dementsprechend ist die ihn umgebende "lebensfreundliche Zone" deutlich kleiner als in unserem Sonnensystem.

Kepler 186f – Künstlerische Illustration
Kepler 186f – Künstlerische Illustration | Der Planet Kepler 186f ist etwa 10 Prozent größer als die Erde, und er umkreist seinen kühlen Zentralstern in der habitablen Zone, einem Bereich, in dem auf dem Planeten Wasser in flüssiger Form existieren könnte.

Die Distanz zum Stern entscheidet

Dieser fachsprachlich als "habitable Zone" bezeichnete Bereich umfasst diejenigen Distanzen vom Stern, in dem auf einem Planeten vorhandenes Wasser in flüssiger Form bestehen könnte. Näher am Stern würde es wegen der zu großen Hitze verdampfen, außerhalb der habitablen Zone würde es gefrieren. In unserem Sonnensystem erstreckt sich die habitable Zone – abhängig von den zu Grunde liegenden physikalischen Modellen – etwa von 0,7- bis zum 2,4- oder 3-fachen des Abstands Erde–Sonne, bei Kepler 186 reicht sie vom 0,22- bis 0,4-fachen. Der hier als Vergleichsmaßstab genutzte mittlere Abstand Erde–Sonne wird als Astronomische Einheit (AE) bezeichnet; 1 AE entspricht 149,6 Millionen Kilometern.

Kepler 186 mit fünf Planeten
Kepler 186 mit fünf Planeten | Wegen der relativ geringen Leuchtkraft des M-Zwergs Kepler 186 liegt seine habitable Zone relativ dicht am Zentralgestirn (Grafik links). Sie erstreckt sich von 0,22 bis 0,4 Astronomische Einheiten. Hinsichtlich der Bestrahlungsstärke herrschen auf den Planeten Kepler 186b bis e ähnlich extreme Verhältnisse wie in unserem Sonnensystem auf dem Planeten Merkur (Grafik rechts). Nur der Planet f liegt – ebenso wie Erde und Mars – in einem für Leben angenehmen Bereich der habitablen Zone.

Laut Quintana und Mitarbeitern umrundet der neu entdeckte Planet Kepler 186f seine Zwergsonne in einem Abstand von 0,47 AE. In dieser Distanz empfängt er von seinem Stern nur 32 Prozent derjenigen Energie, welche die Erde von der Sonne empfängt. Die vier Planetengeschwister mit den Bezeichnungen Kepler 186b bis e lassen sich zumindest hinsichtlich ihre Größen noch als "erdähnlich" betrachten, denn ihre Radien sind kleiner als der 1,5-fache Erdradius. Allerdings sind sie dem Zwergstern deutlich näher und weisen dementsprechend höhere Oberflächentemperaturen auf, so dass Wasser dort verdampfen würde. So betrachtet, weist Kepler 186f die lebensfreundlichsten Bedingungen auf. Ob es hier überhaupt Wasser gibt, lässt sich derzeit jedoch nicht feststellen, denn dazu müsste die Masse des Planeten bekannt sein und ein Spektrum seiner Atmosphäre vorliegen.

Kepler 186f wurde – ebenso, wie die anderen Planeten des Systems – mit der Transitmethode entdeckt: Zieht ein Planet vor seinem Zentralgestirn vorüber, dann vermindert er dabei die Helligkeit des Sterns um einen geringen Betrag. Für einen jupiterähnlichen Planeten vor einem sonnenähnlichen Stern erwartet man typischerweise rund ein Prozent, für einen erdähnlichen Planeten wenige hundertstel Prozent. Aus der Helligkeitsänderung des Sterns, die sich in Form einer Lichtkurve veranschaulichen lässt, können die Astronomen auf den Durchmesser, die Umlaufszeit und den Abstand des Planeten schließen. Für Kepler 186f leitete das Team um Quintana einen Durchmesser vom 1,1-fachen Erddurchmesser und eine Umlaufszeit von rund 130 Tagen ab.

Das im März 2009 von der US-Weltraumbehörde NASA gestartete Observatorium Kepler war vier Jahre lang aktiv. Die Entdeckung der Planeten Kepler 186b bis e basiert auf den Daten der ersten beiden Jahre, die Entdeckung von Kepler 186f wurde dadurch möglich, dass die Forscher die Daten des dritten Jahres hinzunahmen.

Aussichtsreiche Planetenjagd

Die Suche nach Planeten von M-Sternen mit der Transitmethode gilt als besonders lohnend: Da ein solcher Stern eine deutlich geringere Leuchtkraft als die Sonne aufweist, überdeckt seine habitable Zone einen geringeren Abstandsbereich. Ein darin vorhandener Planet hätte eine relativ kurze Umlaufzeit, so dass die gesuchten "Mini-Sternfinsternisse" relativ häufig stattfinden. Des Weiteren deckt ein so eng umlaufender Planet während des Transits einen vergleichsweise großen Bereich der Sternscheibe ab, so dass sich ein Helligkeitsrückgang in der Lichtkurve deutlich abzeichnet.

Die im Vergleich zur Sonne geringe Leuchtkraft der M-Zwerge muss kein Hindernis für die Entwicklung von Leben sein. Denn weniger Leuchtkraft bedeutet, dass M-Zwerge sparsamer mit ihrem Energievorrat umgehen als andere Sterne und daher sehr langlebig sind. Zumindest in dieser Hinsicht schaffen sie stabile Bedingungen in ihrer Umgebung. Auch deshalb könnte Kepler 186f ein Ziel für nachfolgende Untersuchungen werden. Und theoretisch ist die Menge möglicher Sterne für vergleichbare Entdeckungen sehr groß, denn etwa drei Viertel der Hauptreihensterne unseres Milchstraßensystems sind M-Zwerge.

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  • Quellen
Quintana, V. et al.: An Earth-Sized Planet in the Habitable Zone of a Cool Star. In: Science 344, S. 277 – 280

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