Astronomen entdecken erste Mega-Erde

Astronomen haben eine völlig neue Sorte von Exoplaneten entdeckt: Kepler-10c, eine Mega-Erde, die 17 Mal so viel wiegt wie unser Heimatplanet. Das Besondere daran. Bisher glaubte man, dass nur Gasplaneten eine so große Masse besitzen können, doch Kepler-10c ist ein fester Gesteinsplanet – der mit Abstand schwerste seiner Art. Seine große Masse und sein hohes Alter deuten darauf hin, dass lebensfreundliche Welten im Kosmos schon sehr viel früher entstanden sein könnten als bisher angenommen.

Bisher kannte man zwei Sorten von Planeten: Gesteinsplaneten wie die Erde oder die etwas größeren Super-Erden und Gasriesen wie Jupiter oder Saturn. Nach gängiger Annahme bestimmt die Planetengröße, welche Sorte entsteht: Bei kleineren Planeten wie der Erde reichte die Schwerkraft nicht aus, um mehr als eine eher dünne Gashülle festzuhalten. Große Planeten jedoch ziehen schon von Beginn an enorme Mengen Gas aus der Urwolke an. Sie bestehen daher überwiegend aus Gas und besitzen nur einen kleinen festen Kern.

Kepler-10c: Mini-Neptun mit Fragezeichen

Jetzt aber haben Astronomen einen Exoplaneten gefunden, der dieses säuberliche Raster sprengt: Kepler-10c hat zwar immerhin die 17-fache Erdmasse, ist aber dennoch ein Gesteinsplanet – der schwerste, den man bisher kennt. Entdeckt wurde der 560 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Drache liegende Planet schon vor einiger Zeit. Er umkreist einen sonnenähnlichen Stern und benötigt für einen Umlauf nur 45 Tage. Das Weltraumteleskop Kepler hatte ihn mit Hilfe der Transitmethode aufgespürt, das leichte Abdunkeln des Sternenlichts während der Passage des Planeten verriet ihn.

Mit Hilfe dieser Transitdaten konnten die Astronomen auch die Größe des neuen Exoplaneten bestimmen: Kepler-10c, so das Ergebnis, hat einen Durchmesser von knapp 29.000 Kilometern. Das entspricht dem 2,3-Fachen des Erddurchmessers. Damit müsste der Planet eigentlich in die Kategorie der Mini-Neptune fallen: der Planeten mit dicker Gashülle und nur kleinem Eis- oder Gesteinskern. Bestätigen ließ sich das aber nicht, weil die Transitmethode nicht verrät, welche Masse ein Planet hat.

Zu dicht um ein Gasplanet zu sein

Astronomen um Xavier Dumusque vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) haben sich daher Kepler-10c noch einmal genauer vorgenommen. Mit Hilfe des HARPS-North Instruments am Telescopio Nazionale Galileo auf den Kanarischen Inseln analysierten sie das winzige Taumeln, das die Schwerkraft des kreisenden Planeten bei seinem Zentralstern auslöst. Aus dem Ausmaß dieses Taumelns lässt sich auf die Masse des Planeten schließen.

Gasriese Jupiter - Blick auf die turbulenten Strömungen seiner Atmosphäre © NASA/JPL

Für Kepler-10c kamen die Astronomen auf einen für seine Größe unerwartet hohen Wert: das 17-Fache der Erdmasse. „Wir waren sehr überrascht, als wir uns darüber klar wurden, was wir da gefunden hatten – eine echte Godzilla-Version der Erde“, sagt Koautor Dimitar Sasselov vom vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Denn bei diesem Gewicht ist Kepler-10c viel zu dicht, um noch ein Gasplanet zu sein. Er muss aus Gestein und anderen festen Komponenten bestehen.

Kepler-10c ist damit der erste Vertreter einer ganz neuen Planetenklasse: der Mega-Erden. Diese sind zwar deutlich größer als alle bisher bekannten Gesteinsplaneten, trotzdem ist ihre Gashülle zu dünn, um sie zu Gasplaneten zu machen. Die Astronomen vermuten, dass es von dieser Planetenklasse noch sehr viel mehr geben könnte.

Älter als die Theorie erlaubt

Aber die Mega-Erde Kepler-10c hat noch eine Besonderheit: Der Planet ist bereits rund elf Milliarden Jahre alt und stammt damit aus der Frühzeit des Kosmos. Damals aber, nur rund drei Milliarden Jahre nach dem Urknall, gab es nach gängiger Theorie im Universum fast nur Wasserstoff und Helium. Erst als die ersten Sterne diese beiden leichten Elemente in ihrem Inneren durch die Kernfusion verschmolzen, bildeten sich die ersten schweren Elemente – und damit die Bausteine auch für Gesteinsplaneten. Aber: Diese Elemente wurden erst frei, nachdem die ersten Sterne in Supernovae explodierten und ihre Bestandteile als Staub im Kosmos verteilten. Bis es soweit war, dauerte es nach bisheriger Annahme aber mehrere Milliarden Jahre.

Die Mega-Erde Kepler-10c zeigt nun jedoch, dass das Universum schon in seiner Frühzeit ausreichend schwere Elemente enthalten haben muss, um Gesteinsplaneten zu bilden. „Kepler-10c zu entdecken sagt uns, dass Gesteinsplaneten viel früher entstehen konnten als wir bisher dachten“, sagt Sasselov. Das aber bedeute, dass auch um sehr alte Sterne Planeten und vielleicht sogar Erdzwillinge zu finden sein könnten. Damit steigt nach Ansicht der Forscher die Chance, auch in unserer kosmischen Nachbarschaft potenziell lebensfreundliche Exoplaneten zu entdecken.

(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, 03.06.2014 – NPO)