Atmosphäre um Supererde nachgewiesen

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten GJ 1132b, der den roten Zwergstern GJ 1132 umkreist. Astronomen ist der Nachweis der Atmosphäre dieses erdähnlichen Planeten gelungen. Bild: MPIA

Es ist zwar noch lange nicht der Nachweis von Leben auf einem anderen Planeten, aber ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung: der Nachweis einer Atmosphäre um die Supererde GJ 1132b ist der erste solche Nachweis für einen erdähnlichen Planeten.

Die aktuelle Strategie der Astronomen, Leben auf anderen Planeten zu finden, sieht vor, die chemische Zusammensetzung der Planetenatmosphäre zu bestimmen und dabei nach Störungen des chemischen Gleichgewichts zu suchen, welche nur durch die Anwesenheit lebender Organismen erklärt werden können. Im Falle unserer Erde ist das große Übermaß an Sauerstoff in unserer Atmosphäre eine solche Spur.

Bis zu diesem Nachweis dürfte noch lange Zeit vergehen. Bis zu der hier beschriebenen neuen Arbeit waren die einzigen (wenigen!) nachgewiesenen Atmosphären von Exoplaneten solche von Gasriesen – Verwandten des Jupiters in unserem Sonnensystem. Mit den neuen Beobachtungen haben Astronomen die ersten vorsichtigen Schritte hin zur Untersuchung der Atmosphären von kleineren und damit deutlich erdähnlicheren Planeten getan.

Der Planet, um den es geht, GJ 1132b, kreist um den roten Zwergstern GJ 1132 im südlichen Sternbild Segel (des Schiffs), rund 39 Lichtjahre von uns entfernt. Die neuen Beobachtungen hat ein Team unter der Leitung von John Southworth (Keele University, GB) durchgeführt.

Die Projektidee geht auf Luigi Mancini zurück, bis vor kurzem am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und nun an der Universität Rom Tor Vergata tätig, der die Beobachtungen auch koordiniert hat. Weitere Teammitglieder vom MPIA waren Paul Mollière und Thomas Henning.

Das Team nutzte die GROND-Kamera am 2,2-Meter-ESO/MPG-Teleskop der Europäischen Südsternwarte in Chile um den Planeten gleichzeitig durch sieben verschiedene Filter zu beobachten. GJ 1132b ist ein Transitplanet: Aus der Perspektive von Beobachtern hier auf der Erde zieht er alle 1,6 Tage direkt vor seinem Heimatstern vorbei und schattet dabei einen kleinen Teil des Sternenlichts ab.

Die Größe von Sternen wie GJ 1132 ist aus Sternmodellen bekannt. Aus dem Bruchteil des Sternenlichts, das abgeschattet wird, können Astronomen daher Rückschlüsse auf die Größe des Planeten ziehen. GJ 1132b ist danach rund 1,4 Mal so groß wie die Erde. Entscheidend ist nun, dass die neuen Beobachtungen bei einer der Infrarotwellenlängen einen noch größeren Planetenumfang zeigen.

Das deutet daraufhin, dass der Planet eine Atmosphäre besitzt, die für diese spezifische Infrarotwellenlänge undurchsichtig ist (und den Planeten daher größer erscheinen lässt), bei den andern Wellenlängen aber durchsichtig. Mitglieder des Teams von der Universität Cambridge und vom MPIA simulierten daraufhin verschiedene Atmosphärenvarianten. Den Modellen nach könnte eine Atmosphäre, die reich ist an Wasser und Methan, die Beobachtungen gut erklären.

Die Entdeckung kommt mit den üblichen Einschränkungen derartiger Exoplaneten-Beobachtungen. Wir wissen zwar, dass GJ 1132b eine sogenannte Supererde ist, nämlich ein Planet mit rund 1,6 Mal der Erdmasse (wie frühere Beobachtungen gezeigt haben) und in etwa so groß wie unser Heimatplanet. Die Daten reichen aber nicht aus, um im Einzelnen nachzuweisen, wie ähnlich oder unähnlich der Planet unserer Erde tatsächlich ist. Eine Möglichkeit ist beispielsweise eine „Wasserwelt“ mit einer Atmosphäre aus heißem Wasserdampf.

Dennoch ist bereits die Existenz der Atmosphäre Grund zum vorsichtigen Optimismus. M-Zwerge wie GJ 1132 sind der häufigste Sterntyp überhaupt. Allerdings handelt es sich um aktive Sterne, deren Aktivität (z.B. Massenauswürfe und Ströme geladener Teilchen) je nach Umständen genug sein kann, um die Atmosphäre nahegelegener Planeten schlicht wegzublasen.

GJ 1132b ist das hoffnungsvolle Gegenbeispiel: mit einer Atmosphäre, die offenbar Milliarden von Jahren überdauert hat (nämlich lange genug, um heute von uns nachgewiesen zu werden). Gegeben die große Anzahl an M-Sternen könnten solche langlebigen Atmosphären bedeuten, dass die Voraussetzungen für Leben im Universum recht häufig sind.

Auf alle Fälle machen die neuen Beobachtungen GJ 1132b zu einem lohnenden Ziel für weitere Untersuchungen etwa mit dem Weltraumteleskop Hubble, dem Very Large Telescope der ESO und dem James-Webb-Weltraumteleskop, das 2018 seinen Beobachtungsbetrieb aufnehmen soll.
Hintergrundinformationen

Die Mitglieder des Forscherteams sind John Southworth (Keele University), Luigi Mancini (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA], Universita die Roma Tor Vergata, INAF – Osservatorio Astrofisico di Torinio), Nikku Madhusudhan (University of Cambridge), Paul Mollière (MPIA), Simona Ciceri (Stockholm University) und Thomas Henning (MPIA).

Die hier beschriebene Arbeit wurde veröffentlicht als J. Southworth et al., „Detection of the atmosphere of the 1.6 Earth mass exoplanet GJ 1132B“ in the Astronomical Journal.

Kontaktinformationen:

Dr. Markus Pössel
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Astronomie
06221 528-261
pr@mpia.de

Wissenschaftlicher Kontakt:
Paul Molliere
Max Planck Institute for Astronomy
molliere@mpia.de

http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2017-03-GJ1132b – Webversion der Pressemitteilung
http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/aa6477/meta – Fachartikel bei IOP Publishing
https://arxiv.org/abs/1612.02425 – E-Print auf arXiv

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Dr. Markus Pössel Max-Planck-Institut für Astronomie

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