Ein neuer Exoplanet sehr nahe bei seinem Stern

Wolf 503b hat die doppelte Größe der Erde und umkreist seinen Stern alle sechs Tage.

In den Daten des Weltraumteleskops Kepler hat ein internationales Team, bestehend aus kanadischen, amerikanischen und deutschen Forschern, einen Exoplaneten entdeckt, der doppelt so groß wie die Erde ist und eine Umlaufzeit von sechs Tagen hat. Der Fund wird in einer neuen Studie beschrieben, deren Hauptautorin Merrin Peterson ist, eine Doktorandin am Institut für Research on Exoplants (iREx), die im Mai ihren Master an der Université de Montréal (UdeM) begann.

Wolf 503b ist etwa 145 Lichtjahre von der Erde entfernt und befindet sich im Sternbild Jungfrau. Er ist seinem Stern etwa zehnmal näher als Merkur an der Sonne.

„Die Entdeckung und Bestätigung dieses neuen Exoplaneten erfolgte dank der Zusammenarbeit eines internationalen Teams von Forschern sehr schnell“, sagte Peterson. „Im Mai, als die neueste Version von Kepler K2-Daten eintraf, haben wir schnell ein Programm entworfen, mit dem wir so viele interessante Exoplaneten-Kandidaten wie möglich finden konnten. Wolf 503b war einer von ihnen.“

Das Programm, welches das Team verwendet, identifizierte verschiedene periodische Helligkeits-Schwankungen, die in der Lichtkurve eines Sterns zusehen sind, wenn ein Planet vor dem Stern vorbeiwandert. Um das System, in dem sich Wolf 503b befindet, besser zu charakterisieren, erstellten die Astronomen erstmals ein Spektrum des Sterns mit dem Infrared Telescope Facility (IRTF) am Mauna Kea. Anhand des Spektrums stellten die Astronomen fest, dass Wolf 503 ein alter orangefarbener Zwergstern ist, etwas leuchtschwächer als die Sonne aber etwa doppelt so alt. Auch eine präzise Bestimmung des Radius, sowohl vom Stern als auch von seinem Begleiter wurde dadurch möglich.

Um zu bestätigen, dass der Begleiter tatsächlich ein Planet ist und um eine falsche positive Identifizierung zu vermeiden, erhielt das Team adaptive optische Messungen vom Palomar-Observatorium und untersuchte auch Archivdaten. Mit diesen konnten sie bestätigen, dass es keine Doppelsterne im Hintergrund gibt und dass der Stern keinen anderen massereicheren Begleiter hat, der als Transit-Planet interpretiert werden könnte.

Wolf 503b ist erstens wegen seiner Größe interessant. Dank des Kepler-Teleskops wissen die Forscher, dass die meisten Planeten in der Milchstraße, die nahe ihren Stern umkreisen, ungefähr so groß wie Wolf 503b sind, irgendwo zwischen der Größe der Erde und Neptun. Da es in unserem Sonnensystem nichts Vergleichbares gibt, fragten sich die Astronomen, ob es sich bei diesem Planeten um eine kleine felsige „Super-Erde“ oder um eine gasförmige Mini-Version von Neptun handelt. In unserer Milchstraße gibt es selten Planeten mit Größen zwischen diesen beiden Gruppen. Diese Lücke, der sogenannte „Fulton-Spalt“, könnte das sein, was die beiden Arten von Planeten voneinander unterscheidet, sagten die Forscher.

„Wolf 503b ist einer der wenigen Planeten mit einem Radius nahe dieser Lücke, der einen Stern hat, der hell genug ist, damit detailliertere Studien möglich sind, um seine wahre Natur bestimmen zu können“, erklärte Björn Benneke, ein UdeM Professor und Mitglied von iREx und CRAQ. „Er bietet eine gute Möglichkeit, um den Ursprung dieser Radius-Lücke sowie die Natur der faszinierenden Population von 'Super-Erden' und 'Mini-Neptunen' als Ganzes besser zu verstehen.“

Der zweite Grund für das Interesse am Wolf 503b System ist, dass der Stern relativ nahe an der Erde und somit sehr hell ist. Eine der möglichen Folgestudien für helle Sterne wäre die Messung seiner Radialgeschwindigkeit, um die Masse der Planeten bestimmen zu können. Ein massereicherer Planet wird einen stärkeren Gravitationseinfluss auf seinen Stern haben und die Variation der Sichtliniengeschwindigkeit des Sterns über die Zeit wird größer sein. Die Masse ergibt ergibt zusammen mit dem von Keplers Beobachtungen bestimmten Radius die Massendichte des Planeten, die wiederum etwas über seine Zusammensetzung aussagt. Wenn der Planet beispielsweise bei seinem Radius eine der Erde ähnliche Zusammensetzung hat, müsste er ungefähr 14 Mal so groß sein bei dieser Masse. Wenn er wie Neptun eine Atmosphäre hat, die reich an Gasen oder flüchtigen Stoffen ist, wäre er ungefähr halb so massiv.

Aufgrund seiner Helligkeit wird Wolf 503 auch ein Hauptziel für das kommende James Webb Teleskop sein. Mit Hilfe einer Technik, die als Transit-Spektroskopie bezeichnet wird, wird es möglich sein, die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten zu untersuchen und die Anwesenheit von Molekülen wie Wasserstoff und Wasser nachzuweisen. Dies ist wichtig, um überprüfen zu können, ob die Atmosphäre ähnlich ist wie auf der Erde oder Neptun oder völlig anders als die Atmosphären der Planeten in unserem Sonnensystem.

Ähnliche Beobachtungen können von den meisten von Kepler gefundenen Planeten nicht gemacht werden, weil ihre Zentralsterne normalerweise viel lichtschwächer sind. Infolgedessen sind Massendichte und atmosphärische Zusammensetzung der meisten Exoplaneten noch unbekannt.

„Durch die Untersuchung der Natur von Wolf 503b werden wir mehr über die Struktur von Planeten nahe der Radius-Lücke in Erfahrung bringen und auch mehr über die Vielfalt der Exoplaneten in unserer Galaxie“, sagte Peterson.

10. September 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte