Spannende Entdeckung: Astronomen haben erstmals einen potenziell lebensfreundlichen Exoplaneten mit aktivem Vulkanismus entdeckt. Der etwa erdgroße Planet umkreist einen 86 Lichtjahre entfernten Roten Zwergstern am Innenrand der habitablen Zone. Durch nahe Passagen eines Nachbarplaneten und eine elliptische Umlaufbahn ist der LP 791-18 d getaufte Planet Gezeitenkräften ausgesetzt, die ihn vulkanisch aktiv machen und ihm eine Atmosphäre verleihen, wie das Team in „Nature“ berichtet.
Plattentektonik und vulkanische Aktivität gelten als wichtige Faktoren für die Lebensfreundlichkeit eines Planeten. Auf der jungen Erde trugen Vulkanausbrüche dazu bei, die Uratmosphäre mit Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf anzureichern. In den Ozeanen könnten hydrothermale und vulkanische Schlote Wiegen des Lebens gewesen sein. Aber auch das Aufquellen und Versinken von Gesteinsmaterial an den Plattengrenzen transportierte für das Leben wichtige Minerale und Elemente an die Oberfläche.
Ein dritter Planet um den nahen Roten Zwerg LP 791-18
Umso spannender ist daher der erste Fund eines erdähnlichen Exoplaneten mit aktivem Vulkanismus. Aufgespürt haben ihn Merrin Peterson von der Universität Montreal und seine Kollegen bei der Analyse von Daten des NASA-Weltraumteleskops Spitzer. Im Oktober 2019, kurz vor Ende seiner Mission, hatte dieses Infrarotteleskop das 86 Lichtjahre entfernte Planetensystem um den Roten Zwerg LP 791-18 ins Visier genommen.
Aus früheren Beobachtungen mit dem TESS-Weltraumteleskop der NASA war bereits bekannt, dass dieser Rote Zwerg von zwei Planeten umkreist wird, der heißen Supererde LP 791-18b und dem Mini-Neptun LP 791-18c. Bei Auswertung der Lichtkurven des Spitzer-Teleskops entdeckten Peterson und sein Team eine Abschattung des Sternenlichts, die auf einen weiteren, dritten Planeten in diesem System hindeutete. Zusätzliche Beobachtungen mit dem TESS-Weltraumteleskop bestätigten die Transits dieses dritten Planeten.
Erdgroß und am Rand der habitablen Zone
Der neu entdeckte Planet LP 791-18d umkreist seinen Stern zwischen den beiden schon bekannten Planeten. Wie die Astronomen ermittelten, ist er etwa erdgroß und rund 0,9 Erdmassen schwer – es handelt sich demnach wahrscheinlich um einen der Erde sehr ähnlichen Gesteinsplaneten. Mit einer Umlaufzeit von rund 2,8 Tagen bewegt sich dieser Planet am Innenrand der habitablen Zone seines kühlen Zwergsterns. Die Forschenden schätzen, dass seine Mitteltemperatur zwischen 25 und 125 Grad liegt.
Das Spannende jedoch: LP 791-18d ist wahrscheinlich vulkanisch aktiv. Denn bei seinem Umlauf um den Zwergstern kommt er seinem achtmal schwereren, äußeren Nachbarplaneten LP 791-18c regelmäßig bis auf 1,5 Millionen Kilometer nah – 33-mal näher als Erde und Mars bei ihrer größten Annäherung. Die Schwerkraftwirkung dieser nahen Passagen führte im Laufe der Zeit dazu, dass der Orbit des Planeten d immer elliptischer wurde, wie die Astronomen berichten.
Ein vulkanisch aktiver Planet
Durch seinen elliptischen Orbit ist der Planet LP 791-18d erheblichen Gezeitenkräften von seinem Stern ausgesetzt: Die schwankende Intensität der stellaren Anziehungskraft dehnt und staucht das Planeteninnere im Wechsel. „Die von den Gezeitenkräften erzeugte Reibung heizt das Innere des Planeten stark auf und erzeugt einen Magmaozean unter der Kruste“, erklärt Koautorin Caroline Piaulet von der Universität Montreal.
Als Folge könnte der neuentdeckte Exoplanet einen aktiven Vulkanismus ähnlich dem des Jupitermonds Io besitzen. Die häufigen Vulkanausbrüche könnte aber nicht nur die Oberfläche von LP 791-18d prägen, sondern auch seine Atmosphäre entscheidend beeinflussen: „Die Eruptionen und vulkanische Aktivität würde seine Atmosphäre ständig um ausgasende Moleküle ergänzen“, schreiben die Astronomen. Ähnlich wie bei der Urerde könnten die Vulkane die Gashülle mit Wasserdampf, Kohlenstoff und weiteren Gasen anreichern.
Eine Atmosphäre und flüssiges Wasser auf der Nachtseite
Dadurch hat der Exoplanet wahrscheinlich eine stabile, dichte Atmosphäre – ein wichtiger Faktor auch für sein Klima und seine potenzielle Lebensfreundlichkeit: „LP 791-18d kreist in gebundener Rotation und kehrt seinem Stern daher immer die gleiche Seite zu“, erklärt Petersons Kollege Björn Benneke. „Die Tagseite dieses Planeten ist daher wahrscheinlich zu heiß für flüssiges Wasser auf der Oberfläche. Aber wenn die vulkanische Aktivität eine Atmosphäre erzeugt, dann könnte deren Wasserdampf auf der Nachtseite kondensieren.“
Das bedeutet: Die Vulkanwelt LP 791-18d könnte auf ihrer Nachtseite flüssiges Wasser und milde Temperaturen aufweisen – und damit wichtige Vorrausetzungen für Leben. „Die Entdeckung dieses Exoplaneten ist ein ganz besonderer Fund“, sagt Benneke. „Die Ähnlichkeiten zwischen LP 791-18d und der Erde sowie die Aussicht auf nachweisbare geologische Aktivität und Vulkanismus macht es zu einem Schlüsselobjekt, um besser zu verstehen, wie sich terrestrische Welten bilden und entwickeln.“
Weitere Untersuchungen geplant
Das Planetensystem um den nahen Roten Zwergstern LP 791-18 ist damit in gleich mehrerer Hinsicht ein lohnendes Ziel für weitere Untersuchungen, unter anderem mit dem James-Webb-Weltraumteleskop. Diese könnten klären, wie die Atmosphäre der neuentdeckten Vulkanwelt LP 791-18d beschaffen ist. Weil der Zentralstern des Systems klein und lichtschwach ist, sind die Voraussetzungen für genauere spektroskopische Analysen sehr gut, wie die Astronomen erklären.
Gleichzeitig könnten solche Beobachtungen auch mehr Informationen über den äußeren Nachbarn der Vulkanwelt, den Mini-Neptun LP 791-18c, sammeln. Denn dieser Typ von gasreichen Exoplaneten fehlt im Sonnensystem und deshalb ist bisher nur wenig über diese Zwischenstufe zwischen Supererden und Gasriesen bekannt. (Nature, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-05934-8)
Quelle: Université de Montréal, NASA
