2. Dezember 2021 | Ultraleichter und superschneller extrasolarer Planet entdeckt
Acht Stunden sind ein Jahr
Künstlerische Darstellung von GJ 367b
Der Exoplanet GJ 367b umkreist in einer extrem kurzen Zeit seinen Stern. Nach nur acht Stunden ist auf diesem Planeten ein Jahr vorbei. So etwas kennen wir aus unserem Sonnensystem nicht: bei uns ist Merkur mit einer Umlaufzeit von 88 Tagen der schnellste Planet: gegen GJ 367b ist er aber eine lahme Schnecke. GJ 367b ist ein Gesteinsplanet, der deutlich dichter ist als die Erde und im Aufbau dem Merkur ähnelt. Vermutlich hat er einen großen Eisenkern. Diese genaue Charakterisierung beruht auf der hochpräzisen Messung von Radius und Masse – keine Selbstverständlichkeit für Exoplaneten. GJ 367b umkreist einen Zwergstern, der etwa halb so groß wie die Sonne ist. Die Einstrahlung auf den Planeten ist wegen des geringen Abstands zum Stern enorm: Auf der Seite des Planeten, die dem Stern zugewandt ist, herrscht eine Temperatur zwischen 1300° und 1500° Celsius. Solche Temperaturen lassen Eisen und Gesteine schmelzen.
Das Diagramm zeigt das Verhältnis von Masse (horizontale Skala) und Radius (vertikale Skala) von Exoplaneten. Radius und Masse der Planeten sind als Vielfaches oder Bruchteil von Erdradius und Erdmasse angegeben. Nur Planeten mit Radien kleiner als zwei Erdradien, deren Masse und Radius mit einer Genauigkeit von 30% bekannt sind, wurden berücksichtigt. Kreise zeigen Planeten, deren Masse mit der Radialgeschwindigkeitsmethode bestimmt wurde. Dreiecke zeigen Planeten, deren Masse über Transitzeitvariationen bestimmt wurde. Die Kreuze an den Datenpunkten geben die Messgenauigkeit an. GJ367 ist der einer der kleinsten Planeten und seine Masse wurde mit der Radialgeschwindigkeit mit höchster Genauigkeit bestimmt. Zum Vergleich sind die Gesteinsplaneten des Sonnensystems, Merkur, Venus, Erde und Mars, eingezeichnet. Die Farben der Datenpunkte geben die Gleichgewichtstemperaturen der vom Stern beschienen Tagseite an. Über die Masse-Radius-Beziehung kann man auf das Innere des Planeten schließen. Zur Orientierung sind fünf Typen von Planetenkernen eingezeichnet: ein purer Eisenkern (100% Fe), Kerne mit abnehmendem Eisengehalt (80% und 50%), reine Gesteinsplaneten (100% MgSiO 3 ) und ein Planetenkern, der zu 50% aus Wasser besteht. GJ 367, die neue Entdeckung, ist vermutlich ein eisendominierter Planet.
Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern charakterisiert unter der Leitung des DLR-Instituts für Planetenforschung den neu entdeckten extrasolaren Planeten „GJ 367 b“.
Die Ergebnisse wurden am 2. Dezember 2021 in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.
GJ 367 b ist einer der leichtesten von den heute bekannten 5.000 Exoplaneten und umkreist seinen Mutterstern in nur knapp acht Stunden.
Unter den extrasolaren Planeten ist „GJ 367 b“ ein Fliegengewicht. Der neu entdeckte Planet ist nämlich mit halber Erdmasse einer der leichtesten unter den heute bekannten, knapp 5.000 Exoplaneten. Für eine Umkreisung seines Muttersterns benötigt er nur knapp acht Stunden. Mit einem Durchmesser von etwas mehr als 9.000 Kilometern ist GJ 367 b etwas größer als der Mars. Dieses Planetensystem in knapp 31 Lichtjahren Entfernung von der Erde ist damit ideal für weitere Untersuchungen. Der Fund zeigt, wie man kleinste und sehr massearme Exoplaneten finden und ihre Eigenschaften genauestens bestimmen kann. Damit hat man einen Schlüssel zum Verständnis, wie sich Gesteinsplaneten wie die Erde bilden und entwickeln. Über die Ergebnisse ihrer Untersuchungen berichtet eine 78-köpfige internationale Autorengruppe unter der Leitung von Dr. Kristine W. F. Lam und Dr. Szilárd Csizmadia vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in der Fachzeitschrift „Science“.
Mit seiner Umlaufzeit von nur einem Drittel eines Erdentags gehört GJ 367 b in die Klasse der „Schnellläufer“ unter den Exoplaneten. „Aus der genauen Bestimmung von Radius und Masse lässt sich GJ 367 b mit Sicherheit als Gesteinsplanet einstufen“, berichtet Kristine Lam. „Er erinnert in Größe und Zusammensetzung an den Merkur und gehört damit zu den terrestrischen Planeten. Das bringt die Forschung auf der Suche nach einer ‚zweiten Erde‘ einen Schritt voran“.
Genauere Exoplaneten-Steckbriefe möglich
Ein Vierteljahrhundert nachdem der erste extrasolare Planet entdeckt wurde, geht es heute neben weiteren Entdeckungen vor allem um die genauere Charakterisierung dieser Planeten. Heute kann man für die meisten Exoplaneten einen viel genaueren Steckbrief verfassen. Viele Exoplaneten wurden durch die sogenannte Transitmethode entdeckt, also der Messung von minimalen Helligkeitsunterschieden im Sternenlicht beim Vorbeiziehen des Planeten vor dessen Stern. Auch GJ 367 b wurde mit dieser Methode entdeckt, mithilfe des NASA-Weltraumteleskops TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite).
Ursprung der kleinen Schnellläufer bislang unbekannt
GJ 367b gehört in die Gruppe der „Ultra-Short-Period-Planeten“, kurz USP, die in weniger als 24 Stunden um ihre Sonne kreisen. „Davon kennen wir bereits einige, doch ihr Ursprung ist bislang unbekannt“, sagt Kristine Lam. „Durch die genaue Bestimmung der fundamentalen Eigenschaften haben wir Einblick, wie sich das System gebildet und entwickelt hat.“ Nach der Entdeckung mit der Transitmethode wurde der Stern spektral vom Boden aus untersucht, nun mit der Radialgeschwindigkeitsmethode. Dabei wird gemessen, wie sich die Frequenz der Wellenlängen des Sternenlichts durch die Anziehungskraft eines um den Stern kreisenden Planeten ändern. Das wurde mit HARPS, einem Instrument am 3,6 Meter Teleskop der Europäische Südsternwarte (ESO), bestimmt. Aus der akribischen Untersuchung und Kombination verschiedener Auswertemethoden wurden der Radius und die Masse genau ermittelt: Der Radius beträgt 72 Prozent des Erdradius, die Masse 55 Prozent der Erdmasse.
Höchste Genauigkeit für Radius und Masse
Durch die Bestimmung von Radius und Masse mit einer Genauigkeit von sieben beziehungsweise vierzehn Prozent konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler außerdem einiges über den inneren Aufbau des Planeten herausfinden: Es handelt sich um einen massearmen Gesteinsplaneten, der aber eine höhere Dichte hat als die Erde. „Die hohe Dichte weist auf einen Eisenkern hin“, erklärt Dr. Szilárd Csizmadia. „Diese Eigenschaften ähneln denen des Merkur, der sich mit seinem überproportional großen Kern aus Eisen und Nickel von den anderen terrestrischen Körpern im Sonnensystem unterscheidet.“ Da der Planet aber sehr nahe um seinen Stern kreist, ist er einer ungleich höheren Strahlung ausgesetzt, mehr als 500-mal so stark wie die Erde. Damit könnte die Oberflächentemperatur bis zu 1.500 Grad Celsius betragen, eine Temperatur, bei der alle Gesteine und Metalle schmelzen. Um eine „zweite Erde“ handelt es sich also bei GJ 367 b mit Sicherheit nicht.
Mutterstern ein „Roter Zwerg“
Der Mutterstern des neuen Exoplaneten, ein Roter Zwerg namens GJ 367, ist nur etwa halb so groß wie die Sonne. Das war vorteilhaft für die Entdeckung, denn das Transitsignal des umkreisenden Planeten ist dabei besonders stark ausgeprägt. Rote Zwerge sind nicht nur kleiner, sondern auch kühler als die Sonne. So lassen sich bei ihnen Planeten leichter auffinden und charakterisieren. Sie gehören zu den häufigsten Objekten in unserer kosmischen Nachbarschaft und sind damit geeignete Ziele der Exoplanetenforschung. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schätzen, dass Roten Zwerge, auch „M-Sterne“ genannt, im Durchschnitt zwei bis drei Planeten haben.
