Spannender Fund: Astronomen haben in nur 73 Lichtjahren Entfernung einen Stern mit drei Planeten entdeckt – einer Supererde und zwei Sub-Neptunen. Damit schließen diese Exoplaneten genau die planetare Größenlücke ein, die Forschern schon länger Rätsel aufgibt. Zudem gehören diese Planeten zu den kleinsten und nächsten bisher bekannten – und der Stern könnte sogar noch weitere, habitable Planeten besitzen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten.
In unserem Sonnensystem dominieren die planetaren Extreme: Auf der einen Seite stehen kleine Gesteinsplaneten wie Merkur, Venus, Erde und Mars, auf der anderen große Gasplaneten wie Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Dazwischen aber klafft eine auffallende Größenlücke: Es gibt um die Sonne weder Supererden noch Sub-Neptune mit zwei bis vierfachem Erdradius, obwohl diese beiden Planetentypen um andere Sterne durchaus häufig sind.
Drei Welten nur 73 Lichtjahre entfernt
Doch auch unter den bisher bekannten Exoplaneten existiert eine Größenlücke. „Es gibt eine Radius-Senke zwischen rund 1,7 und 2 Erdradien, die steinige Supererden und gasdominierte Sub-Neptune voneinander trennt“, berichten Maximilian Günther vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) und seine Kollegen. Warum es diese Lücke gibt, ist jedoch bisher rätselhaft.
Jetzt haben die Astronomen ein Planetensystem entdeckt, dass dieses Rätsel vielleicht lösen könnte. Denn der 73 Lichtjahre entfernte Zwergstern TOI-270 besitzt drei Planeten, die sich eng um diese Größenlücke gruppieren. Entdeckt haben die Forscher das System mithilfe des Weltraumteleskops TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Dieses zeichnete die periodischen Verdunklungen des Lichts von TOI-270 auf, die die drei vor dem Stern vorüberziehenden Planeten verursachten.
Um die Lücke gruppiert
„Diese drei Exoplaneten gehören zu den kleinsten und nahesten durch Transit beobachtbaren Planeten die wir bisher kennen“, berichten Günther und sein Team. Den TESS-Daten zufolge ist der innerste Planet, TOI-270b, wahrscheinlich eine Supererde mit einer Größe von 1,2 Erdradien. „Er gehört damit zu einer deutlich anderen Planetenpopulation als die beiden äußeren Planeten TOI-270c und d“, so die Forscher. Denn sie gehören mit Größen von 2,4 und 2,13 Erdradien höchstwahrscheinlich zu den Sub-Neptunen.
Das aber bedeutet: Die drei Planeten in diesem System liegen direkt beiderseits der rätselhaften Radiuslücke in der Exoplaneten-Größenverteilung. „TOI-270 könnte es uns bald erlauben, das fehlende Bindeglied zwischen den erdähnliche Gesteinsplaneten und den gasreichen Mini-Neptunen zu erforschen“, sagt Günther. „Denn hier haben wir alle diese Typen in einem System versammelt.“
„Wie Perlen auf einer Schnur“
Wertvolle Informationen dazu könnten die Massen der drei Exoplaneten liefern. Allein auf Basis der TESS-Daten konnten die Astronomen diese noch nicht bestimmen. Ein glücklicher Umstand aber könnte dies mit anderen Methoden ermöglichen: „Die Planeten von TOI-270 reihen sich auf die wie Perlen an einer Schnur“, erklärt Günther. Denn die Umlaufzeiten der drei Himmelskörper bilden eine sogenannte Resonanzkette – ihre Umlaufzeiten stehen jeweils im Verhältnis ganzer Zahlen.
Für die Orbitalperioden der beiden inneren Planeten liegt das Verhältnis bei 3:5, beim äußeren Paar bei 2:1. „Das ist eine sehr interessante Sache, denn das erlaubt es uns, ihr dynamisches Verhalten näher zu untersuchen“, erklärt Günther. Auch die Massen könnten sich mithilfe dieses Verhaltens leichter ermitteln lassen. Dafür bietet das Planetensystem mit seinem relativ hellen, aber ruhigen Stern nahezu ideale Voraussetzungen, so die Astronomen.
Gibt es weiter außen noch unentdeckte Erdzwillinge?
Spannend ist dieses Planetensystem aber auch deswegen, weil auf allen drei Planeten vermutlich eine eher gemäßigte, wenn auch nicht unbedingt lebensfreundliche Temperatur herrscht. Zwar liegen alle drei Planeten mit einer Umlaufzeit von 3,2, 5,6 und elf Tagen zu weit innen für die habitable Zone. Aber der äußere Sub-Neptun TOI-270d könnte zumindest für Extremophile lebensfreundliche Bedingungen bieten, wie die Forscher berichten.
Zudem schließen sie nicht aus, dass es weiter außen noch unentdeckte habitable Planeten geben könnte. „Kompakte Multi-Planetensysteme wie TOI-270 sind oft von weiteren kleinen Planeten auf kurzen Orbits begleitet“, erklären Günther und sein Team. „Auch beim Stern TRAPPIST-1 wurden zunächst nur drei Planetensignale entdeckt, die sich dann als Teil einer Resonanzkette aus sieben Planeten erwiesen haben.“
„Disneyland für die Exoplanetenforschung“
Die bisher fehlenden Informationen zu TOI.-270 und seinen Planeten könnte bald das James Webb Weltraumteleskop der NASA liefern, das 2021 ins All starten soll. Aber auch weitere Beobachtungen mit bereits existierenden Teleskopen könnte mehr Aufschluss über dieses spannende kleine Planetensystem liefern. „TOI-270 ist ein wahres Disneyland für die Exoplanetenforschung“, sagt Günther. „Es gibt eine ganze Menge kleiner Puzzleteile, die wir mit diesem Planetensystem lösen könnten.“ (Nature Astronomy, 2019; doi: 10.1038/s41550-019-0845-5)
Quelle: Massachusetts Institute of Technology, University of California – Riverside
