Gibt es Leben außerhalb unseres Sonnensystems? Wenn das der Fall ist, könnte unsere beste Chance, ihn zu finden, in drei nahegelegenen, erdähnlichen Exoplaneten liegen.
Zum ersten Mal hat ein internationales Team von Astronomen des MIT, der Universität Lüttich in Belgien und anderswo drei Planeten entdeckt, die einen ultrakühlen Zwergstern umkreisen, nur 40 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Größen und Temperaturen dieser Welten sind vergleichbar mit denen der Erde und der Venus und sind die besten bisher gefundenen Ziele für die Suche nach Leben außerhalb des Sonnensystems. Die Ergebnisse werden heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Die Wissenschaftler entdeckten die Planeten mit TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), einem 60-Zentimeter-Teleskop der Universität Lüttich mit Sitz in Chile. TRAPPIST soll sich auf 60 nahegelegene Zwergsterne konzentrieren – sehr kleine, kühle Sterne, die so schwach sind, dass sie für optische Teleskope unsichtbar sind. Belgische Wissenschaftler haben TRAPPIST entwickelt, um Zwergsterne im Infrarotwellenlängenbereich zu überwachen und nach Planeten um sie herum zu suchen.
Das Team richtete das Teleskop auf den ultrakühlen Zwergstern 2MASS J23062928-0502285 , der heute als TRAPPIST-1 bekannt ist, einen jupitergroßen Stern, der ein Achtel so groß wie unsere Sonne und deutlich kühler ist. Über mehrere Monate hinweg, beginnend im September 2015, beobachteten die Wissenschaftler, dass das Infrarotsignal des Sterns in regelmäßigen Abständen leicht nachließ, was darauf hindeutet, dass mehrere Objekte vor dem Stern vorbeizogen.
Mit weiteren Beobachtungen bestätigte das Team, dass es sich bei den Objekten tatsächlich um Planeten mit ähnlichen Größen wie Erde und Venus handelte. Die beiden innersten Planeten umkreisen den Stern in 1,5 bzw. 2,4 Tagen, erhalten jedoch nur die vier- bzw. zweifache Menge an Strahlung wie die Erde von der Sonne. Der dritte Planet kann den Stern in vier bis 73 Tagen umkreisen und möglicherweise sogar weniger Strahlung abfangen als die Erde. Aufgrund ihrer Größe und Nähe zu ihrem ultrakühlen Stern könnten auf allen drei Planeten Regionen mit Temperaturen deutlich unter 400 Kelvin vorhanden sein, in einem Bereich, der für die Erhaltung von flüssigem Wasser und Leben geeignet ist.
Da das System nur 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, werden Wissenschaftler bald in der Lage sein, die atmosphärische Zusammensetzung der Planeten zu untersuchen und zu beurteilen, sagt Co-Autor Julien de Wit, Postdoktorand in der Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften ihre Bewohnbarkeit und ob in diesem Planetensystem tatsächlich Leben existiert.
„Diese Planeten sind so nah und ihr Stern so klein, dass wir ihre Atmosphäre und Zusammensetzung untersuchen und später, also innerhalb unserer Generation, beurteilen können, ob sie tatsächlich bewohnt sind“, sagt de Wit. „All diese Dinge sind erreichbar und jetzt in greifbarer Nähe. Das ist ein Jackpot für das Feld.“
Ein Risiko, das sich ausgezahlt hat
Heutige Exoplanetenmissionen konzentrieren sich größtenteils auf die Suche nach Systemen um helle, sonnenähnliche Sterne. Diese Sterne emittieren Strahlung im sichtbaren Band – am häufigsten im gelben Wellenlängenbereich – und können mit optischen Teleskopen beobachtet werden. Da diese Sterne jedoch so hell sind, kann ihr Licht jedes von einem Planeten kommende Signal übertönen.
Kalte Zwergsterne hingegen sind schwache Sterne, die Strahlung im Infrarotband aussenden. Da sie so schwach sind, würden diese winzigen roten Sterne ein Planetensignal nicht übertönen, was Wissenschaftlern eine bessere Chance gibt, umlaufende Planeten zu entdecken. Allerdings sind die meisten Missionen heute nicht für die Beobachtung solcher Sterne optimiert.
„Das bedeutet, dass sie keine Planeten um solche Sterne entdecken können“, betont de Wit. „Man muss also eine völlig andere Untersuchung mit speziellen Instrumenten und Detektoren entwerfen – das ist ein Risiko.“
Die Hauptautoren Michael Gillon und Emmanuel Jehin von der Universität Lüttich gingen dieses Risiko ein und bauten TRAPPIST, das Proof-of-Concept-Teleskop, das 60 kleine, nahe gelegene ultrakühle Sterne untersucht.
„Es geht nicht darum, 100.000 Sterne gleichzeitig zu betrachten, wie das Kepler-Weltraumteleskop“, sagt de Wit. „Es sind einige von ihnen, denen man nacheinander Zeit widmet. Und eines hat sich ausgezahlt.“
„Welten haben ihre Wellenlänge verschoben“
Aus ihren Beobachtungen kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass alle drei Planeten wahrscheinlich durch Gezeiten blockiert sind und permanente Tag- und Nachtseiten haben. Die beiden Planeten, die dem Stern am nächsten sind, haben möglicherweise Tagesseiten, die zu heiß und Nachtseiten zu kalt sind, um Lebensformen zu beherbergen. Es könnte jedoch einen „Sweet Spot“ auf der Westseite beider Planeten geben – eine Region, die immer noch Tageslicht erhält, aber relativ kühle Temperaturen aufweist –, die gemäßigt genug sein könnte, um lebensfreundliche Bedingungen aufrechtzuerhalten. Der dritte Planet, der am weitesten von seinem Stern entfernt ist, liegt möglicherweise vollständig in der bewohnbaren Zone.
Was die nächsten Schritte betrifft, sagt de Wit, dass das Ziel klar sei.
„Jetzt müssen wir untersuchen, ob sie bewohnbar sind“, sagt de Wit. „Wir werden untersuchen, welche Atmosphäre sie haben, und dann nach Biomarkern und Lebenszeichen suchen. Wir verfügen über Einrichtungen auf der ganzen Welt und im Weltraum, die uns dabei helfen, von UV bis Radio und in allen verschiedenen Wellenlängen zu arbeiten und uns alles zu sagen, was wir über dieses System wissen wollen. So viele Leute werden mit diesem [System] spielen können.“
Diese Forschung wurde teilweise vom belgischen Fonds für wissenschaftliche Forschung, dem Europäischen Forschungsrat und der NASA finanziert.