Erdgroße Planeten sollen vorzugsweise viel Wasser haben

Computer-Simulationen von Astrophysikern an der Universität Bern über die Entstehung von Planeten, die in bewohnbaren Zonen an Masse arme Sterne wie Proxima Centauri umkreisen, zeigen, dass solche Planeten höchstwahrscheinlich die ungefähre Größe der Erde haben und große Mengen an Wasser enthalten.

Im August 2016 hat die Ankündigung der Entdeckung eines terrestrischen Exoplaneten, der in der bewohnbaren Zone den Stern Proxima Centauri umkreist, die Phantasie der Experten und der Öffentlichkeit angeregt. Schließlich ist Proxima Centauri der nächste Stern, obwohl er nur ein Zehntel der Masse und ein 500stel der Leuchtkraft unserer Sonne hat. Diese Entdeckung zusammen mit dem im Mai 2016 gefundenen ähnlichen Planeten, der einen Stern mit noch geringerer Masse (Trappist-1) umkreist, hat Astronomen davon überzeugt, dass solch Rote Zwergsterne die Heimat einer Population von erdähnlichen Planeten sein könnten.

Wie könnten diese Objekte aussehen? Woraus könnten sie bestehen? Yann Alibert und Willy Benz vom Schweizer National Centre of Competence in Research PlanetS (NCCR PlanetS) und dem Center for Space and Habitability (CSH) an der Universität Bern, führten die ersten Computer-Simulationen über die Entstehung einer Population von Planeten durch, die einen Stern umkreisen der nur ein Zehntel der Masse unserer Sonne hat.

„In unseren Modellen gelingt es Planeten zu reproduzieren, die in Masse und Umlaufperiode mit jenen vergleichbar sind, die vor kurzem beobachtet wurden“, erklärte Yann Alibert das Ergebnis der Studie, die in der Zeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ veröffentlicht wurde. „Interessanterweise sind Planeten in nahen Umlaufbahnen um Rote Zwergsterne von relativ geringer Größe. Typischerweise liegen sie zwischen 0,5 und 1,5 Erdradien mit einem Maximum bei 1,0 Erdradius. Zukünftige Entdeckungen werden uns zeigen, ob wir recht haben!“

Eis am Grunde eines globalen Ozeans

Zusätzlich bestimmten die Astrophysiker den Wassergehalt der Planeten, die den kleinen Mutterstern in der bewohnbaren Zone umkreisen. Sie fanden, das unter Berücksichtigung aller Fälle rund 90% der Planeten mehr als 10% Wasser enthalten. Zum Vergleich: Die Erde hat einen Wasseranteil von nur etwa 0,02%. So dass die meisten dieser fremden Planeten im Vergleich mit der Erde buchstäblich Wasserwelten sind. Die Situation könnte noch extremer sein, wenn die protoplanetaren Scheiben in welcher diese Planeten entstehen, länger leben als in den Modellen angenommen wird. In jedem Fall würden diese Planeten von sehr tiefen Ozeanen bedeckt sein, auf deren Grund wegen des riesigen Drucks Wasser in Form von Eis vorhanden wäre.

Wasser ist für Leben wie wir es kennen notwendig. Könnten diese Planeten tatsächlich bewohnbar sein? „Während flüssiges Wasser allgemein als ein wesentlicher Bestandteil für Leben betrachtet wird, kann zu viel davon auch schlecht sein“, sagte Willy Benz. In früheren Studien zeigten die Wissenschaftler in Bern, dass zu viel Wasser die Regulierung der Oberflächentemperatur verhindern und das Klima destabilisieren kann. „Dies wäre so auf der Erde, aber hier beschäftigen wir uns mit wesentlich exotischeren Planeten, die einer viel härteren Strahlungsumgebung ausgesetzt sein könnten oder eine gebundene Rotation haben“, fügte er hinzu.

Nach dem Wachstum der planetaren Embryonen

Bevor sie ihre Berechnungen begannen, betrachteten die Wissenschaftler eine Reihe von einigen Hunderttausend identischer Sterne mit geringer Masse, von denen jeder eine protoplanetare Scheibe aus Gas und Staub hat. Planeten werden durch Akkretion dieses Material gebildet. Alibert und Benz gehen davon aus, dass am Anfang in jeder Scheibe 10 Planetenembryos mit einer anfänglichen Masse von der Masse des Erdmondes waren. In einigen Tagen Computer-Zeit, die für jedes Modellsystem berechnet wurden, wuchsen diese zufällig angeordneten Embryonen und migrierten. Welche Art von Planeten entstanden, hing von der Struktur und Evolution der protoplanetaren Scheiben ab.

„Bewohnbar oder nicht, das Studium von Planeten die Sterne mit geringer Masse umkreisen wird vermutlich spannende neue Ergebnisse über deren Entwicklung und potenzielle Bewohnbarkeit bringen“, fasst Willy Benz zusammen. Weil diese Sterne eine viel geringere Leuchtkraft haben als die Sonne, können Planeten viel näher an ihrem Stern sein, bevor ihre Oberflächentemperatur zu hoch wird, damit flüssiges Wasser existieren kann. Wenn man bedenkt, dass diese Art von Sternen die überwältigende Mehrheit in unserer kosmischen Nachbarschaft darstellen und dass nahe gelegene Planeten derzeit leichter zu erkennen und zu studieren sind, versteht man, warum die Existenz dieser Population von erdähnlichen Planeten wirklich von Bedeutung ist.


28. Oktober 2016/SP
Verein Kuffner-Sternwarte