CHEOPS charakterisiert drei Planeten und findet außergewöhnliche Eigenschaften
28. Juni 2021 | Eine Supererde im Sternbild Wolf
CHEOPS charakterisiert drei Planeten und findet außergewöhnliche Eigenschaften
Künstlerische Darstellung des Nu2 Lupi Planetensystems
Diese künstlerische Darstellung zeigt das Planetensystem Nu2 Lupi, das kürzlich von CHEOPS, dem Exoplaneten-Weltraumteleskop der ESA, untersucht wurde. Dieser helle, sonnenähnliche Stern befindet sich knapp 50 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Lupus ('Wolf') und wird von drei Planeten mit den Namen 'b', 'c' und 'd' umkreist (der Stern gilt als Objekt 'A'). Die drei Planeten haben Massen, die zwischen denen von Erde und Neptun liegen, und Umlaufzeiten von 11,6, 27,6 und etwas mehr als 107 Tagen.
Vergleich der Größen, Bahnen, Umlaufzeiten und Zusammensetzungen der drei den Stern Nu2 Lupi in der Konstellation Lupi ("Wolf") umkreisenden Exoplaneten
Darstellung des möglichen Aufbaus der drei Planeten um den sonnenähnlichen Stern Nu2 Lupi. Alle Planeten haben einen Eisenkern und einen Gesteinsmantel, aber Planet c und d haben einen hohen Wasseranteil und eine Gashülle aus Wasserstoff-Helium-Gemisch. Planet d bewegt sich auf einer Bahn, die im Sonnensystem zwischen Merkur und Venus liegen würde, und empfängt daher nur moderate Strahlung des Zentralsterns.
Weltraumteleskop CHEOPS untersucht bekanntes Planetensystem im Sternbild Wolf und entdeckt dabei eine Supererde mit außergewöhnlichen Eigenschaften.
Der Radius der Supererde "Nu2 Lupi d" ist zweieinhalbmal größer als der Erdradius. Seine Masse beträgt etwa das 8,8-fache der Erdmasse.
Die Ergebnisse wurden am 28. Juni 2021 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Auch DLR-Planetenforscherinnen und -forscher waren daran beteiligt.
Das Weltraumteleskop CHEOPS (Characterising ExOPlanet Satellite) der Europäischen Weltraumorganisation ESA hat ein zuvor schon bekanntes Planetensystem untersucht. Mit den hochpräzisen Messungen von CHEOPS konnten dessen drei Planeten erstmals genauestens beschrieben werden. Insbesondere der äußere der drei Planeten hat außergewöhnliche Eigenschaften: Es handelt sich um eine sogenannte Supererde mit 108 Tagen Umlaufzeit und einem hohen Bestandteil an flüchtigen Stoffen. Er wird in Zukunft im Fokus weiterer Messungen stehen. Die Auswertung der 2020 durchgeführten CHEOPS-Messungen, an denen auch vier Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom DLR-Institut für Planetenforschung beteiligt sind, werden heute im Fachmagazin Nature Astronomy veröffentlicht.
Dass der Stern Nu2 Lupi – ein hell leuchtender, orange-rötlich-gelber Stern mit einer Masse in etwa der Größenordnung unserer Sonne – drei Planeten beheimatet, ist bereits seit 2019 bekannt. Dieser Stern im Sternbild Lupus (Wolf) ist nur 48 Lichtjahre von der Erde entfernt und schon mit dem bloßen Auge sichtbar. Er wurde mit dem HARPS-Instrument (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) am 3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile vermessen. In diesen Daten, gewonnen mit der Radialgeschwindigkeitsmethode, hatte man drei Planeten entdeckt und kannte daher ihre Umlaufzeiten: 12 Tage, 28 Tage und 108 Tage. Danach nahm der NASA-Satellit TESS (Transiting Exoplanet Search Satellite) dieses Planetensystem ins Visier und konnte die beiden inneren Planeten, Nu2 Lupi b und Nu2 Lupi c, als Transitplaneten identifizieren. Das bedeutet, dass sie in regelmäßigen Zeitabständen aus der Perspektive der Erde in kurzer Distanz vor der Sternscheibe vorbeiziehen und die Strahlung des Sterns abdimmen. TESS aber misst nur in Beobachtungseinheiten von 28 Tagen, der dritte Planet war nicht in den Daten zu erkennen. Man konnte also nicht wissen, ob dieser weiter außen gelegene Planet überhaupt für den Beobachter vor dem Stern vorbeizieht, also ob die Bahn dieses äußeren, dritten Planeten so geneigt ist, dass ein Transitereignis überhaupt stattfinden kann.
Sechs Beobachtungssequenzen von CHEOPS, visits genannt, waren zwischen dem 4. April und 6. Juli 2020 geplant, in denen man vier Transits des Planeten b und drei des Planeten c erwartete. Es war dann ein höchst glücklicher Umstand, dass sich während eines Transitereignis des Planeten c ein zusätzlicher Abfall der Sternintensität zeigte, der mit allergrößter Wahrscheinlichkeit durch einen Transit des dritten Planeten verursacht wurde. Die Untersuchung wurde von Laetitia Delrez (Universität Lüttich und Observatorium Genf) angeführt.
Wie ein 'Riese' zwischen Merkur und Venus
Dieser dritte Planet "Nu2 Lupi d" hat Eigenschaften, die ihn zu einem besonderen Exoplaneten machen. Mit seiner langen Bahnperiode von 108 Tagen würde er in unserem Sonnensystem zwischen Merkur und Venus liegen. Im Gegensatz zu vielen anderen Exoplaneten, die, wie auch die beiden anderen Lupi-Planeten viel dichter um ihren Stern kreisen, erreicht ihn nur gemäßigte Strahlung. Sein Radius beträgt das zweieinhalbfache des Erdradius, seine Masse etwa das 8,8-fache der Erdmasse. Mit diesen Eigenschaften gehört er in die Klasse der Super-Erden. Da er um den sehr hellen Stern Nu2 Lupi kreist, ist es ein ideales Objekt zu Nachbeobachtung.
Transitplaneten sind eine für die Exoplanetenforschung sehr wertvolle Planetenklasse, denn sie bieten die Möglichkeit, die Atmosphäre des Planeten zu studieren, seine Bahnlage zu bestimmen und seine Größe genauestens zu ermitteln. Das eröffnet auch den Blick ins Innere, weil durch diese Messungen die Parameter für den Aufbau des Planeten eingeschränkt werden.
Genauer hinschauen lohnt sich immer – das gilt auch bei der Exoplanetenforschung und für das Weltraumteleskop CHEOPS in seiner Erdumlaufbahn. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen dabei nicht nur planetare Begleiter eines Sterns ausfindig machen und die Liste der Exoplaneten zahlenmäßig verlängern – obwohl schon dies natürlich keine leichte Aufgabe ist. Aber (Exo-)Planetenforscherinnen und -forscher wollen mehr als nur die Entdeckung und einen Eintrag in den inzwischen fast 4.800 Einträge umfassenden Exoplanetenkatalog. Sie wollen herausfinden, wie die Planeten aufgebaut sind und nach welchen Regeln sich Planetensysteme bilden.
Die genaue Charakterisierung eines Planeten ist eine Aufgabe, die nicht von einem einzigen Team oder durch eine einzige Beobachtung gestemmt werden kann. Die Supererde Nu2 Lupi d ist ein Beispiel, wie sich verschiedene Beobachtungsmethoden und -instrumente ergänzen und zueinander fügen und damit bedeutende neue Erkenntnisse liefern.
Die ESA-Mission CHEOPS
CHEOPS ist eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die in enger Kooperation mit der Schweiz entwickelt wurde. Die Leitung des Wissenschaftskonsortiums ist an der Universität Bern angesiedelt mit bedeutenden Beiträgen aus Belgien, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Österreich, Portugal, Schweden, Spanien und Ungarn. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ist an der wissenschaftlichen Auswertung der Daten von CHEOPS beteiligt. Die Berliner DLR-Institute für Optische Sensorsysteme und für Planetenforschung steuerten zwei elektronische Module bei, darunter das Herzstück des Satellitenteleskops, das Fokalebenen-Modul mit dem CCD-Detektor, dessen thermo-mechanische Stabilität die hochgenauen Messungen ermöglicht. Ebenso entwickelte das DLR Algorithmen zur wissenschaftlichen Auswertung der Messdaten.
