Neptungroßer Exoplanet in der habitablen Zone

Gasreich, aber mild: Knapp 90 Lichtjahre von uns entfernt kreist ein knapp neptungroßer, aber potenziell habitabler Exoplanet um einen Roten Zwerg – ein bisher seltener Typ von extrasolaren Planeten. Der vom Weltraumteleskop TESS entdeckte Planet besitzt eine dichte Atmosphäre, die den Astronomen spannende erste Einblicke in die Gashüllen von Exoplaneten geben könnte. Zudem könnte der TOI-1231b getaufte Planet verraten, warum es im Sonnensystem keine Supererden und Sub-Neptune gibt.

Astronomen haben inzwischen schon mehrere tausend extrasolare Planeten entdeckt – auch um unsere nächsten Nachbarsterne Proxima Centauri und Gliese 887. Auffällig ist dabei, dass einige der im Kosmos häufigen Planetenarten in unserem eigenen Sonnensystem komplett fehlen: Es gibt bei uns weder Supererden noch Sub-Neptune. Wie diese planetaren Zwischengrößen entstehen und warum sie mal eine dichte Atmosphäre entwickeln und mal nicht, ist bisher unklar.

Milde Temperaturen und nur 89 Lichtjahre entfernt

Antworten auf diese Fragen könnte ein neuentdeckter Exoplanet in unserer kosmischen Nachbarschaft geben. TOI-1231b liegt nur 89 Lichtjahre von uns entfernt und umkreist einen Roten Zwergstern. Er hat die rund 15-fache Masse und den 3,6-fachen Radius der Erde und ist damit etwas kleiner als der Neptun. Aufgespürt haben ihn Astronomen um Jennifer Burt vom California Institute of Technology mithilfe von Aufnahmen des Weltraumteleskops TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) der NASA.

Das Besondere an TOI-1231b: Anders als viele andere knapp neptungroße Exoplaneten kreist er in der habitablen Zone seines Sterns – er bietet potenziell lebensfreundliche, milde Klimabedingungen. „Obwohl TOI-1231b seinem Stern achtmal näher ist als die Erde der Sonne, ähnelt seine Temperatur fast der der Erde, weil sein Zentralstern kühler und lichtschwächer ist“, erklärt Koautorin Diana Dragomir von der University of New Mexico.

Eine Wasserwelt?

Mit einer mittleren Oberflächentemperatur von rund 330 Kelvin – etwa 56 Grad Celsius – ist der Exoplanet TOI-1231b einer der kühlsten und nahegelegensten Sub-Neptune, die die Astronomie bislang kennt. „TOI-1231b ist einer von nur sehr wenigen Planeten in dieser Größe und in diesem Temperaturbereich“, sagt Burt. „Verglichen mit den meisten bisher per Transit entdeckten Exoplaneten, die oft höllisch heiß sind, ist TOI-1231b geradezu kalt.“

Als besonders interessant gelten gerade die kühleren Sub-Neptune auch deshalb, weil es auf ihnen große Mengen an Wasser geben könnte. Bei einigen Exoplaneten dieser Größe haben Astronomen bereits dichte Wasserdampf-Hüllen nachgewiesen. Aufgrund der eher geringen Dichte einiger dieser Planeten vermuten einige Forscher sogar, dass es sich bei vielen Sub-Neptunen um Wasserwelten handeln könnte – Planeten mit globalen Ozeanen.

Dicke Atmosphäre – aber woraus?

Spannend auch: Der Exoplanet könnte einer der besten Kandidaten sein, um nähere Einblicke in die Atmosphäre eines fremden Planeten zu erhalten. „Die geringe Dichte von TOI-1231b deutet darauf hin, dass er von einer substanziellen Atmosphäre umgeben ist“, sagt Dragomir. „Die Zusammensetzung und das Ausmaß dieser Gashülle sind allerdings noch unbekannt. Er könnte eine dünne, ausgedehnte Helium- oder Wasserstoff-Helium-Atmosphäre besitzen oder aber eine dichtere Wasserdampf-Hülle.“

Welche dieser Gase die Hülle dieses Sub-Neptuns füllen, könnte nicht nur spannende Einblicke in seine Atmosphäre und Lebensbedingungen geben. Es erlaubt auch Rückschlüsse darüber, wie diese Planetenklasse entsteht und ob die Planetenbildung um Rote Zwerge anders abläuft als um massereichere Sterne wie unsere Sonne. „Denn je nach Zusammensetzung – ob Wasserstoff-Helium oder eher Wasserdampf – würde auf einen anderen Ursprung hindeuten“, sagt Dragomir.

Im Visier von Hubble und James Webb

Weil TOI-1231b uns relativ nahe ist und alle 24 Tage vor seinem im Infrarotbereich gut sichtbaren Stern vorbeizieht, könnte er besonders gute Bedingungen für nähere Analysen seiner Atmosphäre bieten. Solche Beobachtungen könnten beispielsweise verraten, ob es Wolken in seiner Gashülle gibt und woraus diese bestehen, wie Burt erklärt. Noch in diesem Monat soll das Weltraumteleskop Hubble seine scharfen Teleskopaugen auf diesen Planeten richten und anhand des durch die Gashülle scheinenden Lichts mehr über die Gashülle von TOI-1231b herausfinden.

Noch detailliertere Daten erhoffen sich die Astronomen vom James-Webb-Weltraumteleskop, das Ende dieses Jahres ins All starten wird. „Dieser Planet gehört zu den zwei oder drei nahegelegenen kleineren Exoplaneten, die wir auf alle erdenkliche Weise und mit einer ganzen Palette von Teleskopen untersuchen werden“, sagt Dragomir. „Von TOI-1231b wird es daher sicher bald weitere Neuigkeiten geben.“ (The Astronomical Journal, in press; arXiv:2105.08077)

Quelle: University of New Mexico