Weltraumentdeckung: Ein Planetensystem mit einem Lava-Planeten und einer weiteren Welt

Etwa 337 Lichtjahre von der Erde entfernt beherbergt TOI-1752 zwei Planeten, deren Existenz von einem Team des Teide-Observatoriums bestätigt wurde – ein Paar, das unterschiedlicher kaum sein könnte. Das System umkreist einen roten Zwerg vom Typ M1, einen Stern, der kleiner, kühler und lichtschwächer ist als unsere Sonne.

Rote Zwerge eignen sich besonders gut für diese Suche, da kleine Planeten einen relativ großen Teil ihres Lichts verdecken können, wenn sie vor ihnen vorbeiziehen. Anhand dieser periodischen Helligkeitsabnahme, die als Transit bezeichnet wird, können Astronomen die Umlaufzeit eines Planeten berechnen und seine Größe abschätzen.

TESS, das Weltraumteleskop der NASA, das speziell für die Suche nach Exoplaneten entwickelt wurde, hat die beiden ersten Signale erfasst. Ein wiederkehrender Helligkeitsabfall deutet jedoch lediglich auf einen Kandidaten hin, da auch bedeckende Sterne, benachbarte Objekte oder instrumentelle Fehler den Transit eines Planeten vortäuschen können.

Diese Architektur macht das System zu einem natürlichen Labor, in dem die innere Welt extremer Strahlung ausgesetzt ist, während der äußere Planet eine Energiemenge erhält, die mit gemäßigten Bedingungen vereinbar ist. Ein Vergleich der beiden Planeten um denselben Stern könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie die Entfernung die Oberflächen und Atmosphären der Planeten prägt.

Planeten kommen in Sicht

Um die Kandidaten zu bestätigen, kombinierte das Team TESS-Daten mit Beobachtungen mehrerer bodengestützter Teleskope. Mithilfe der Mehrfarbenphotometrie wurde untersucht, ob die Helligkeitsabfälle über verschiedene Filter hinweg die gleiche Tiefe aufwiesen, wie es bei einem echten Planetentransit zu erwarten wäre.

MuSCAT2, das am Carlos-Sánchez-Teleskop der Teide-Sternwarte installiert ist, und MuSCAT3, das sich auf Hawaii befindet, lieferten gleichzeitige Messungen bei mehreren Wellenlängen. Zudem wurden hochauflösende Aufnahmen genutzt, um nach nahen Sternen zu suchen, deren Licht das Signal verfälschen und ein falsch positives Ergebnis hervorrufen könnte.

Im Rahmen des TRICERATOPS-Programms wurden Planetenszenarien anhand von Lichtkurven, Gaia-Daten, kontrastreichen Aufnahmen und Sternpopulationsmodellen mit alternativen Erklärungsansätzen verglichen. Die Wahrscheinlichkeit für falsch-positive Ergebnisse lag unterhalb des erforderlichen Schwellenwerts, wobei bekannte benachbarte Quellen keinen Beitrag dazu leisteten.

Ein neuronales Netzwerk namens WATSON-Net lieferte eine unabhängige Überprüfung, reichte jedoch allein nicht aus, um beide Objekte zu validieren. Die Schlussfolgerung ergab sich aus der Gesamtheit der Beweise: konsistente periodische Signale, mehrfarbige Folgebeobachtungen, das Fehlen von Störquellen und eine sehr geringe statistische Wahrscheinlichkeit für Falschmeldungen.

Eine Welt, die kurz vor dem Schmelzen steht

TOI-1752 b umkreist seinen Stern in einem Abstand von nur 0,016 Astronomischen Einheiten, was etwa 4 % der Entfernung zwischen Merkur und Sonne entspricht. Seine geschätzte Gleichgewichtstemperatur erreicht 1.036 Kelvin – hoch genug, um ihn nahe an die Schwelle zu bringen, ab der bestimmte Gesteinsarten zu schmelzen beginnen.

Der Begriff „Lava-Welt“ beschreibt ein physikalisches Szenario und nicht die direkte Beobachtung glühender Ozeane aus geschmolzenem Gestein. Modelle deuten darauf hin, dass auf der Tagseite des Planeten geschmolzenes Gestein bestehen bleiben könnte, abhängig von dessen Zusammensetzung, der Albedo und der Effizienz, mit der der Planet Wärme umverteilt.

Angesichts seiner Größe und seiner Nähe zu seinem Stern ist er wahrscheinlich felsig und hat möglicherweise seine ursprüngliche Atmosphäre bereits verloren. Dennoch könnte Magma Gase aus dem Inneren des Planeten freisetzen und so eine sekundäre Atmosphäre aufrechterhalten, die durch Aktivitäten an der Oberfläche kontinuierlich aufgefüllt wird.

In der Studie wurden Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop simuliert, um zwischen nackten Oberflächen und Atmosphären zu unterscheiden, die reich an Kohlendioxid oder Wasserdampf sind. Das Signal wäre zwar schwach, doch Beobachtungen mehrerer sekundärer Finsternisse könnten Aufschluss darüber geben, wie der Planet Wärme abgibt, insbesondere im Bereich um 15 Mikrometer.

„Bewohnbar“ bedeutet nicht „bewohnt“

TOI-1752 c befindet sich mit 0,161 Astronomischen Einheiten zehnmal weiter vom Stern entfernt als sein Begleiter. Seine Gleichgewichtstemperatur liegt bei etwa 291 Kelvin oder rund 18 Grad Celsius, wobei dieser idealisierte Wert nicht unbedingt die tatsächliche Oberflächentemperatur des Planeten widerspiegelt.

Die Lage innerhalb der „optimistischen bewohnbaren Zone“ bedeutet lediglich, dass der Planet eine Energiemenge erhält, die nach einigen Atmosphärenmodellen mit flüssigem Wasser vereinbar sein könnte. Dies bestätigt jedoch weder das Vorhandensein von Ozeanen noch von Leben. Wissenschaftler müssen noch seine Masse, Zusammensetzung, den atmosphärischen Druck, die Wolkendecke und die Reaktion auf die Sternstrahlung bestimmen.

Aufgrund seines Radius gehört er zur Kategorie der „Sub-Neptune“ – einer Klasse von Planeten, die in unserem Sonnensystem nicht vorkommt und die sowohl Gesteinswelten als auch wasserreiche Planeten oder von dicken Gasschichten umhüllte Welten umfassen kann. Sollte Gas den größten Teil seiner Zusammensetzung ausmachen, verfügt er möglicherweise nicht einmal über eine zugängliche feste Oberfläche, auf der sich Wasser ansammeln könnte.

Seine Masse wurde bislang noch nicht gemessen, doch die Studie schätzt sie auf etwa 5,2 Erdmassen und schlägt Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen vor, um sie genauer zu bestimmen. Sobald seine Masse und seine Atmosphäre besser verstanden sind, könnte er eingehend mit K2-18 b verglichen werden, einem weiteren gemäßigten Sub-Neptun, der weiterhin für wissenschaftliche Diskussionen sorgt.