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Exoplaneten: Wie viele Sterne haben Planeten?

461 neue Planetenkandidaten wurden in den neuen Daten des Kepler-Weltraumteleskops entdeckt. Doch wie wahrscheinlich ist es, dass es sich bei diesen Kandidaten wirklich um Planeten handelt? Dieser Frage sind Francois Fressin vom Havard-Smithsonian Center for Astrophysics und sein Team nachgegangen. Aus ihrer Untersuchung konnten sie auch ableiten, wie häufig Planeten überhaupt um andere Sterne kreisen.
Die Häufigkeit von Exoplaneten

Vom Weltraumteleskop Kepler wurden vor Kurzem neue Daten herausgegeben: 461 weitere Planetenkandidaten konnten in ihren entdeckt werden. Damit beträgt die Anzahl aller bisher mit Kepler entdeckten potentiellen Planeten nun 2740 – doch nur 105 dieser Kandidaten ließen sich bislang durch weitere Beobachtungen als Planeten bestätigen. 801 Mal enttarnte eine tiefergehende Analyse einen Kandidaten dahingegen als Täuschung. Mit welcher Zuverlässigkeit kann also aus der Bekanntgabe neuer Planetenkandidaten auf die Existenz ferner Welten geschlossen werden?

Kepler beobachtet die Helligkeit von rund 150 000 Sternen in der Nähe des Sternbilds Schwan. Zieht ein Planet vor seinem Zentralgestirn vorbei, so dunkelt er dieses ein wenig ab. Diese Helligkeitsschwankungen registriert Kepler. Eine periodische Leuchtkraftverminderung wird bei der Auswertung der Daten per Computer als Planetenkandidat interpretiert. Leider werden solche periodischen Helligkeitsveränderungen nicht nur von Planeten hervorgerufen, sondern beispielsweise auch von Doppelsternen, die Kepler nicht auflösen konnte. Einen Weißen Zwerg, der einen anderen Stern umrundet und dessen Licht abschirmt, könnte sogar als ein Kandidat für einen erdgroßen Planeten einsortiert werden, denn Weiße Zwerge haben ungefähr die Größe der Erde.

Damit ein Planetenkandidat bestätigt wird, müssen Exoplanetenjäger daher ergänzende astronomischen Beobachtungen durchführen, um die Ursache der Helligkeitsschwankungen zu identifizieren. Dazu benutzen sie beispielsweise Teleskope, die Spektren der helligkeitsveränderlichen Sterne aufnehmen. Ein Weißer Zwerg würde sich in solch einem Spektrum sofort durch seine Farbe verraten. Erst wenn es gelang, alle anderen physikalischen Mechanismen, die zur periodischen Helligkeitsveränderung eines Sternes führen können, auszuschließen, gilt ein Planetenkandidat als verifiziert. Diese zusätzlichen Beobachtungen sind jedoch sehr zeitaufwändig. Sie ließen sich bisher nur für wenige der von Kepler gefundenen 2000 Sterne anwenden.

Astronomen stehen deswegen vor der Notwendigkeit, bereits anhand der Planetenkandidaten statistische Aussagen über die Existenz von Exoplaneten treffen zu müssen. Wird diese Praxis präzise durchgeführt, so lassen sich durchaus verlässliche Aussagen treffen.

Francois Fressin vom Havard-Smithsonian Center for Astrophysics und sein Team haben sich nun dieser Praxis erneut angenommen. Sie errechneten, wie viele der von Kepler gefundenen Planetenkandidaten sich wohl als Täuschung erweisen werden. Dazu simulierten sie die verschiedenen Szenarien, die einen Planeten vorgaukeln können, und testeten, ob diese durch die Auswerteprogramme als Planetenkandidat interpretiert würden. Sie fanden dabei, dass sich hinter ungefähr neun Prozent aller von Kepler registrierten Planetenkandidaten keine echten Planeten verbergen. Bei erdgroßen Planetenkandidaten würden sich sogar zwölf Prozent als Fehlalarm entpuppen.

Doch um Statistik über die Häufigkeit von Exoplaneten betreiben zu können, müssen nicht nur fälschliche Planetenkandidaten enttarnt werden, sondern man muss auch beachten, dass sich mit Kepler die meisten Exoplaneten gar nicht nachweisen lassen. Denn nur in den wenigsten Fällen liegt die Umlaufbahn eines Planeten so günstig, dass er von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorbei zieht. Diese Effekte lassen sich jedoch berechnen. So kann aus der Zahl der Sterne, die einen Transit aufweisen auch abgeleitet werden, wie viele Sterne insgesamt Planeten mit ungünstig liegenden Bahnen besitzen.

Die Häufigkeit von Exoplaneten
Die Häufigkeit von Exoplaneten | Die Häufigkeit der Planeten, die Sterne im Sichtfeld des Kepler-Weltrumobservatoriums in weniger als 85 Tagen umrunden, lässt sich statistisch vorhersagen: Gut 16 Prozent aller Sterne sollen dort einen erdgroßen Planeten aufweisen, ungefähr jeder fünfte einen Planeten mit einem Radius zwischen dem 1,25-fachen und dem doppelten der Erde. Auch kleine Neptune sollen jeden fünften Stern umkreisen. Gasriesen treten jedoch nur bei etwas mehr als sechs Prozent aller Sterne auf.
Das Ergebnis der Forschergruppe um Fressin zeigt einmal mehr, dass unser Sonnensystem keine Sonderrolle im Universum spielt: Jeder zweite Stern hat einen Planeten, der maximal 85 Tage braucht um ihn zu umrunden. Gut 16 Prozent aller Sterne im Sichtfeld von Kepler werden von einem erdgroßen Planeten mit dieser kurzen Umlaufdauer umrundet. Für Planeten mit längeren Umlaufzeiten konnten bisher nicht genügend Transits beobachtet werden, so dass sich zu diesen keine statistischen Aussagen treffen lassen. Dies ist jedoch ein Problem, das sich durch fortgesetzte Beobachtungen teilweise von alleine lösen wird. Entsprechend wird das Kepler-Weltraumobservatorium – insofern es intakt bleibt – voraussichtlich bis 2016 im Einsatz bleiben.

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  • Quellen
NASA Francois Fressin et al.: "The false positive rate of Kepler and the occurence of planets", Astrophysical Journal

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