Ein vielleicht ebenfalls blauer Planet – 100 Lichtjahre von uns entfernt: Astronomen haben in einem Doppelsternsystem einen Exoplaneten entdeckt, der möglicherweise vollständig von einem tiefen Ozean bedeckt ist. TOI-1452 b ist etwas größer als die Erde und umkreist einen der beiden Sterne in einem Abstand, der flüssiges Oberflächenwasser ermöglichen könnte. Seine Dichte lässt auf einen hohen Anteil an leichter Substanz schließen – vermutlich handelt es sich dabei um Wasser. Scharfe Blicke mit dem James Webb Space Telescope sollen TOI-1452 b nun weitere Geheimnisse entlocken, sagen die Wissenschaftler.
Es wimmelt von Planeten im Weltall: Tausende von Himmelskörpern haben Astronomen um ferne Sterne bereits entdeckt. Mittlerweile richtet sich das Interesse deshalb auf die speziellen Exemplare. Besonders im Visier der Forschung stehen Exoplaneten, die ähnliche Merkmale aufweisen wie unsere kosmische Heimat. Ein zentraler Aspekt ist dabei der blaue Schatz der Erde. Denn flüssiges Wasser avancierte bei uns bekanntlich zum Lebenselixier: Es ist die Voraussetzung für die Existenz aller irdischen Organismen und man geht davon aus, dass ihre Entwicklungsgeschichte in den Ozeanen begann. Nun fügt das Astronomenteam um Charles Cadieux, Doktorand an der Université de Montréal, der kleinen Sammlung potenzieller Wasserwelten einen besonders vielversprechenden Kandidaten hinzu.
Auf die Spur des Exoplaneten brachten die Forscher Daten das Weltraumteleskops TESS der NASA, das den Himmel nach Planetensystemen in unserer kosmischen Nachbarschaft durchscannt. In einem etwa 100 Lichtjahre von der Erde entfernten System im Sternbild Drache erfasste TESS interessante Signale: Alle elf Tage kam es zu einer leichten Helligkeitsabnahme, die offenbar auf das Vorüberziehen eines Planeten zurückzuführen ist. Dieser Spur gingen die Forscher anschließend genauer nach. Dabei zeichneten sich immer interessantere Aspekte ab und so setzte das Team verschiedene astronomische Einrichtungen und Instrumente ein, um möglichst detaillierte Informationen zu sammeln.
Spannende Merkmale
Zunächst wurde deutlich, dass das Sternsystem nicht aus einem, sondern aus zwei Sternen besteht, die kleiner als unsere Sonne sind. Sie umkreisen einander in einer Entfernung, die etwa dem Zweieinhalbfachen der Entfernung zwischen der Sonne und Pluto entspricht. Deshalb hatte sie das TESS-Teleskop zunächst nur als einen einzigen Lichtpunkt wahrgenommen. Doch eine am kanadischen Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) installierte Kamera konnte das Signal schließlich auflösen, um die beiden Objekte zu unterscheiden. So wurde auch deutlich, dass der Exoplanet den Stern TOI-1452 des Duos umkreist. Den Berechnungen zufolge bekommt er dabei Energiemengen ab, die zu gemäßigten Bedingungen führen könnten, die flüssiges Wasser auf der Oberfläche ermöglichen.
Aus den Transitdaten ging hervor, dass der Planet etwa 70 Prozent größer als die Erde ist. Um die Masse des Planeten zu bestimmen, kam dann die Radialgeschwindigkeitsmethode zum Einsatz, die Rückschlüsse auf die Merkmale eines Planeten anhand seines Schwerkraft-Einflusses auf seinen Zentralstern ermöglicht. Dabei kam das Instrument „SPIRou“ am OMM zum Einsatz, das besonders für die Untersuchung von Sternen mit geringer Masse wie TOI-1452 geeignet ist, da es im Infrarotspektrum arbeitet, in dem diese Sterne am hellsten leuchten. Wie das Team berichtet, ergaben die Datenauswertungen eine Masse von TOI-1452, die etwa dem Fünffachen der Erde entspricht.
Ein Ozeanplanet?
„Sein Radius und seine Masse lassen auf eine viel geringere Dichte schließen, als man sie bei einem Planeten erwarten würde, der im Wesentlichen aus Metall und Gestein besteht, wie die Erde“, sagt Cadieux. Die Merkmale lassen sich dadurch erklären, dass ein großer Teil der Masse aus leichteren Materialien besteht. Eine plausible Erklärung wäre dabei Wasser. „TOI-1452 b ist einer der besten Kandidaten für einen Ozeanplaneten, die wir bisher gefunden haben“, sagt Cadieux. Aus Modellsimulationen der Wissenschaftler ging hervor, dass TOI-1452 b aus bis zu 30 Prozent Wasser bestehen könnte. Er wäre damit eine ausgesprochene Wasserwelt. Denn obwohl die Erde manchmal als blauer Planeten bezeichnet wird, weil etwa 70 Prozent ihrer Oberfläche von Ozeanen bedeckt sind, ist sie eigentlich ein eher trockener Planet: Wasser macht tatsächlich nur etwa ein Prozent der irdischen Masse aus.
TOI-1452 b ist nun ein perfekter Kandidat für weitere Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope, sagen die Wissenschaftler. Er ist auch nahe genug an der Erde, sodass die Forscher hoffen, seine Atmosphäre untersuchen zu können, um weitere Hinweise darauf zu gewinnen, ob es sich tatsächlich um einen Ozeanplaneten handelt. Ein Glücksfall ist zudem, dass er sich in einer Region des Himmels befindet, die das Webb-Teleskop das ganze Jahr über beobachten kann. „Unsere geplanten Untersuchungen mit dem Webb-Teleskop werden entscheidend dazu beitragen, TOI-1452 b besser zu verstehen“, sagt René Doyon von der Université de Montréal. „Sobald möglich, werden wir Zeit auf Webb buchen, um diese geheimnisvolle Welt zu beobachten.“
Quelle: University of Montreal, Fachartikel: The Astronomical Journal, doi: 10.3847/1538-3881/ac7cea
https://www.wissenschaft.de/astronomie-physik/moegliche-wasserwelt-im-visier/
Ein Planet … Ozean?
Gepostet am 24. August 2022 von Marie-Eve Naud
Ein Team von Astronomen der Universität Montreal gibt die Entdeckung eines möglicherweise mit Wasser bedeckten Exoplaneten bekannt, der dank verschiedener Instrumente am Boden und im Weltraum, die teilweise in Kanada entwickelt wurden, ein ideales Ziel für das James Webb Space Telescope ist.
Exoplaneten TOI-1452 b leitete. Mit freundlicher Genehmigung Foto .
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Charles Cadieux , Doktorand an der Universität Montreal und Mitglied des Institute for Research on Exoplanets (iREx), gibt die Entdeckung von TOI-1452 b bekannt, einem Exoplaneten, der einen der kleinen Sterne von a umkreist Binärsystem im Sternbild des Drachen, 100 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Der Planet, etwas größer und massiver als die Erde, befindet sich in einem Abstand von seinem Stern, der es ihm ermöglicht, eine Temperatur aufrechtzuerhalten, die weder zu heiß noch zu kalt ist, als dass flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche existieren könnte. Astronomen glauben auch, dass es sich um einen „Ozeanplaneten“ handeln könnte, eine Art Planet, der vollständig von einer dicken Wasserschicht bedeckt wäre, deren Zusammensetzung an die bestimmter Monde von Jupiter und Saturn erinnert.
In einem Artikel, der am 12. August im Astronomical Journal erschien, beschreiben Charles Cadieux und sein Team die verschiedenen Beobachtungen, die gesammelt wurden, um die Natur und Eigenschaften dieses Exoplaneten zu klären.
„Ich bin sehr stolz auf diese Entdeckung, weil sie die Qualität lokaler Astronomen und Instrumente unterstreicht“, sagt René Doyon , Professor an der Université de Montréal und Direktor von iREx und dem Observatoire du Mont-Megantic (WMO). Ohne das Mont-Mégantic-Observatorium, das in unseren Labors entwickelte SPIRou-Instrument und eine innovative Analysemethode, die von unseren Forschungsmitarbeitern entwickelt wurde, hätten wir diesen einzigartigen Exoplaneten nicht entdecken können.“
Das Mont-Mégantic-Observatorium im Herzen der Entdeckung
Es war dem TESS-Weltraumteleskop der NASA zu verdanken, das den Himmel auf der Suche nach Planetensystemen abtastet, die unserem am nächsten sind, dass das Team diesem seltsamen Exoplaneten auf die Spur kam. TESS-Beobachtungen legten nahe, dass sich in diesem Doppelsternsystem ein Exoplanet befinden könnte, der etwa 70 % größer ist als die Erde, da alle 11 Tage eine leichte Abnahme der Helligkeit des Sterns beobachtet wurde.
Charles Cadieux gehört zu einer Gruppe von Astronomen, die potenzielle Planeten verfolgen, die von TESS am Boden entdeckt wurden, um ihre Natur zu bestätigen und ihre Eigenschaften zu klären. Dazu verwendet er die von David Lafrenière , Professor an der Universität Montreal, und seinem Doktoranden François-René Lachapelle entworfene PESTO-Kamera , die am Teleskop des Observatoire du Mont-Mégantic in den Eastern Townships installiert ist.
„Das Mont-Mégantic-Observatorium spielte eine entscheidende Rolle bei der Bestätigung der Existenz dieses Planeten und der Bestimmung seines Radius“, erklärt Charles Cadieux . In diesem Fall handelte es sich nicht um eine Routineprüfung, da sichergestellt werden musste, dass das von TESS erfasste Signal einem Exoplaneten um TOI-1452, dem massereicheren der beiden Sterne dieses Doppelsternsystems, entspricht.
Der Stern TOI-1452, viel kleiner als die Sonne, befindet sich tatsächlich in einem Doppelsystem, das einen anderen Stern ähnlicher Größe enthält. Die beiden Sterne befinden sich in einer Umlaufbahn umeinander und der Abstand zwischen ihnen (97 astronomische Einheiten oder etwa das Zweieinhalbfache des Abstands zwischen Sonne und Pluto) ist so gering, dass das TESS-Teleskop sie nur wie einen einzigen Lichtpunkt sieht . Die PESTO-Kamera hat eine ausreichende Auflösung, um sie zu unterscheiden. Beobachtungen mit dem Instrument bestätigten, dass der Exoplanet tatsächlich den Stern TOI-1452 umkreist. Nachfolgende Beobachtungen eines japanischen Teams deuteten in die gleiche Richtung.
Das Genie der Quebecer Forscher bei der Arbeit
Um die Masse des Planeten zu bestimmen, beobachtete das Team das System anschließend mit dem SPIRou-Instrument , das auf Hawaii am Canada-France-Hawaii Telescope installiert ist. Dieses Instrument, das größtenteils in Kanada entwickelt wurde, ist ideal für die Untersuchung von Sternen mit geringer Masse wie TOI-1452, da es im Infrarotbereich arbeitet, wo diese Sterne am hellsten sind. Fast 50 Stunden Beobachtung waren noch nötig, um eine Schätzung der Masse des Planeten zu erhalten, die fast das Fünffache der Erde betragen würde.
ermöglichte es, die Masse des Exoplaneten zu bestimmen und damit seine Natur zu klären. Bildnachweis : S.Chastanet – CNRS/OMP .
Die Forscher Étienne Artigau und Neil Cook , ebenfalls von iREx an der Université de Montréal, spielten eine Schlüsselrolle bei der Analyse dieser Daten. Dank einer sehr innovativen Analysemethode, die sie entwickelt haben, war es möglich, die Existenz des Exoplaneten in den Daten von SPIRou aufzudecken.
„Die LBL-Methode [für line-by-line ] ermöglicht es, die von SPIRou erhaltenen Daten von vielen Störsignalen zu bereinigen und die schwache Signatur von Planeten wie dem von unserem Team entdeckten aufzudecken“, sagt Étienne Artigau .
Dem Team gehören auch mehrere andere Forscher aus Quebec an, darunter Farbod Jahandar und Thomas Vandal , zwei weitere Doktoranden der Universität Montreal. Die erste führte eine Analyse der chemischen Zusammensetzung des Sterns TOI-1452 durch, die hilft, die innere Struktur des Planeten und damit seine Natur abzuleiten. Der zweite Student trug zur Analyse der mit SPIRou erfassten Daten bei.
Eine Welt aus Wasser
Der Exoplanet TOI-1452 b mag felsig sein wie die Erde, aber sein Radius, seine Masse und seine Dichte deuten darauf hin, dass es sich um eine ganz andere Welt als unsere handelt. Die Erde ist ein besonders trockener Planet. Obwohl er manchmal als blauer Planet bezeichnet wird – in Anlehnung an die Ozeane, die etwa 70 % seiner Oberfläche bedecken – macht Wasser nur einen vernachlässigbaren Bruchteil seiner Masse aus, weniger als ein Prozent.
Unter den Exoplaneten könnte es Welten geben, in denen viel mehr Wasser vorhanden ist. In den letzten Jahren haben Astronomen mehrere dieser Planeten mittlerer Größe zwischen Erde und Neptun (der etwa 3,8-mal so groß wie die Erde ist) entdeckt, für die sowohl der Radius als auch die Masse bekannt sind. Einige dieser Planeten haben eine Dichte, die nur erklärt werden kann, wenn ein großer Teil der Masse aus Materialien besteht, die leichter sind als diejenigen, aus denen die innere Struktur der Erde besteht, wie beispielsweise Wasser. Diese hypothetischen Welten tragen den Spitznamen „Ozeanplaneten“.
„Der Exoplanet TOI-1452 b ist einer der besten Kandidaten für den Titel ‚Ozeanplanet‘, den wir kennen“, sagt Charles Cadieux . „Radius und Masse des Planeten deuten auf eine geringere Dichte hin, als man von einem Planeten erwarten würde, der wie die Erde hauptsächlich aus Metall und Gestein besteht. »
Mykhaylo Plotnykov und Diana Valencia von der University of Toronto sind Spezialisten für Modelle der inneren Struktur von Exoplaneten. Für TOI-1452 b lässt die Analyse dieser Spezialisten den Schluss zu, dass der Anteil der Wassermasse des Planeten 30 % erreichen könnte, d. h. einen Anteil ähnlich dem bestimmter natürlicher Satelliten des Sonnensystems wie Ganymed und Callisto , Monde des Jupiter, oder Titan und Enceladus, Monde des Saturn.
Die Fortsetzung mit dem James Webb Space Telescope
Ein Exoplanet wie TOI-1452 b ist ein Hauptziel für das Webb-Weltraumteleskop . Es ist einer der wenigen bekannten gemäßigten Planeten, der Eigenschaften aufweist, die mit denen einer Wasserwelt kompatibel sind. Er ist der Erde so nah, dass wir hoffen können, seine Atmosphäre zu untersuchen und somit zu bestätigen, dass es sich tatsächlich um einen „Meeresplaneten“ handelt. Außerdem befindet es sich glücklicherweise in einem Teil des Himmels, den das Teleskop das ganze Jahr über beobachten kann!
René Doyon , der auch der Hauptforscher von NIRISS ist, einem der vier wissenschaftlichen Instrumente des James-Webb-Weltraumteleskops, kommt zu dem Schluss:
„Beobachtungen mit Webb werden wesentlich sein, um die Natur von TOI-1452 b genauer zu bestimmen. Sobald wir können, werden wir um Zeit bitten, diesen seltsamen Planeten zu beobachten.“
Mehr wissen
Der Artikel „ TOI-1452 b: SPIRou and TESS offenbaren eine Supererde in einer gemäßigten Umlaufbahn, die einen M4-Zwerg durchläuft “ wurde am 12. August 2022 im Astronomical Journal veröffentlicht . Neben Charles Cadieux, René Doyon, Étienne Artigau, Neil Cook, Farbod Jahandar und Thomas Vandal (iREx, UdeM, Kanada) sowie Mykhaylo Plotnykov und Diana Valencia (University of Toronto) umfasst das Team Nicolas B. Cowan (iREx, MSI, McGill, Kanada), Björn Benneke, Stefan Pelletier und Antoine Darveau-Bernier (iREx, UdeM, Kanada), Ryan Cloutier, ehemaliges Mitglied von iREx (Harvard, USA) und 43 Co-Autoren aus Frankreich, Brasilien, USA, Japan, Spanien, Schweiz, Portugal, Ungarn, Deutschland und Krim.
Quelle: http://www.exoplanetes.umontreal.ca/une-planete-ocean/
Christian Dauck 
