28. Juni 2021
Eine Supererde im Sternbild Wolf

CHE­OPS cha­rak­te­ri­siert drei Pla­ne­ten und fin­det au­ßer­ge­wöhn­li­che Ei­gen­schaf­ten

Künstlerische Darstellung des Nu2 Lupi Planetensystems
Künst­le­ri­sche Dar­stel­lung des Nu2 Lu­pi Pla­ne­ten­sys­tems
Bild 1/2, Credit: ESA

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
Ver­gleich der Grö­ßen, Bah­nen, Um­lauf­zei­ten und Zu­sam­men­set­zun­gen der drei den Stern Nu2 Lu­pi in der Kon­stel­la­ti­on Lu­pi ("Wolf") um­krei­sen­den Exo­pla­ne­ten
Bild 2/2, Credit: ESA

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.
  • Schwerpunkte: Raumfahrt, Planetenforschung, Exoplaneten

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 – in seinem Sternbild 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.

Publikation in Nature Astronomy:
"Transit detection of the long-period volatile-rich super-Earth ν2 Lupi d with CHEOPS”, Delrez et al. 2021

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