Einzigartiger Exoplanet platzt in CHEOPS-Studie herein

Sogenannte Fotobomben – wenn ein Objekt oder eine Person während der Aufnahme eines Fotos unerwartet in das Sichtfeld der Kamera gerät – passieren jeden Tag. Manchmal ist es ein Bekannter, ein anderes Mal eine Fremde oder vielleicht ein Vogel. Selten jedoch ist es ein ganzer Planet. Doch genau das passierte, als das von der Schweiz geleitete Weltraumteleskop CHEOPS Bilder von einem 50 Lichtjahre entfernten Planetensystem aufnahm.

Ein Planet wie kein anderer

Das Planetensystem befindet sich im Sternbild Lupus (lateinisch für Wolf), um einen Stern namens Nu2 Lupi, der mit blossem Auge sichtbar ist (allerdings nicht von der Schweiz aus). Im Jahr 2019 gaben Schweizer Astronomen die Entdeckung von drei Exoplaneten um diesen hellen, sonnenähnlichen Stern bekannt. Die drei Exoplaneten haben Massen zwischen denen von Erde und Neptun (17-mal jene der Erde) und brauchen 12, 28 und 107 Tage, um ihren Mutterstern zu umkreisen. «Was diese Exoplaneten wirklich herausragend macht, ist, dass wir sie direkt vor ihrem Stern vorbeiziehen sehen können; man spricht von einem 'Transit'», sagt Yann Alibert, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Mitautor der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Nature Astronomy publiziert wurde. «Das wussten wir bereits über die beiden inneren Planeten, was uns dazu veranlasste, CHEOPS überhaupt auf das System zu richten. Der dritte Planet ist jedoch ziemlich weit vom Stern entfernt, seinen Transit hatte niemand erwartet», ergänzt Alibert. Je weiter der Planet von seinem Stern entfernt ist, desto unwahrscheinlicher ist nämlich ein Transit.

Es ist das erste Mal, dass ein Exoplanet mit einer Umlaufzeit von über 100 Tagen – was einer Entfernung vom Stern entspricht, die irgendwo zwischen der von Merkur und Venus von der Sonne liegt – entdeckt wurde, der einen Stern kreuzt, der hell genug ist, um von blossem Auge sichtbar zu sein.

«Aufgrund seiner relativ langen Umlaufzeit ist die Menge an stellarer Strahlung, die den Planeten erreicht, im Vergleich zu vielen anderen entdeckten Exoplaneten mild. Je weniger Strahlung ein Planet erhält, desto weniger verändert er sich im Laufe der Zeit. Daher könnte ein Planet mit einer langen Periode mehr Informationen über seine Entstehung bewahrt haben», sagt David Ehrenreich, Professor an der Universität Genf und Missionswissenschaftler von CHEOPS, der an der Studie mitbeteiligt war. Doch die wenigen solchen Exoplaneten, die Astronominnen und Astronomen bisher gefunden hatten, umkreisten schwach strahlende Sterne. Mit anderen Worten: Wenig von ihrem Licht erreicht die Erde und macht sie daher schwer zu untersuchen. Nicht so dieses Mal: «Da sein heller Wirtsstern recht nahe bei uns ist, lässt er sich leichter untersuchen. Das macht ihn zu einem beispiellosen Ziel für zukünftige Studien», ergänzt Ehrenreich.

Weitere Erkenntnisse von anderen Teleskopen

Die hochpräzisen Messungen von CHEOPS zeigen, dass der dritte Planet, nu2 Lupi d genannt, etwa 2,5-mal so gross ist wie die Erde und fast 9-mal so schwer. Durch die Kombination dieser Messungen mit Archivdaten von anderen Observatorien und numerischen Modellen, die von der Universität Bern entwickelt wurden, konnte Laetitia Delrez, Gastforscherin an der Universität Genf und Hauptautorin der Studie, die Dichte und Zusammensetzung des Planeten und seiner Nachbarn genau charakterisieren. «Der innerste Planet ist hauptsächlich felsig, während die beiden äusseren von Hüllen aus Wasserstoff- und Heliumgasen umhüllt zu sein scheinen, unter denen sie grosse Mengen an Wasser enthalten», erklärt Delrez. Dies ist weit mehr Wasser, als die Erde hat: Ein Viertel der Masse jedes Planeten besteht aus Wasser, verglichen mit weniger als 0,1% im Falle der Erde. Dieses Wasser ist jedoch nicht flüssig, sondern liegt in Form von Hochdruckeis oder Hochtemperaturdampf vor, was die Planeten unbewohnbar macht. Doch diese Erkenntnisse könnten nur der Anfang sein.

«Jetzt, da wir entdeckt haben, dass alle drei Planeten Transite zeigen und ihre Eigenschaften genau gemessen haben, ist der nächste Schritt, sie mit grösseren und leistungsfähigeren Instrumenten als CHEOPS zu untersuchen. Wie dem Hubble-Weltraumteleskop oder seinem Nachfolger, dem James Webb-Weltraumteleskop. Sie könnten weitere Details aufdecken, etwa die Zusammensetzung der Atmosphäre», sagt Ehrenreich. Angesichts seiner Gesamteigenschaften und seiner Umlaufbahn wird Planet d das Aushängeschild für Exoplaneten mit einer Atmosphäre von milder Temperatur um einen sonnenähnlichen Stern werden.