Astronomen haben den Transit einer Supererde vor einem hellen, nahen, sonnenähnlichen Stern erstmals mit einem bodenbasierten Teleskop verfolgt. Der Transit des Exoplaneten 55 Cancri e ist der schwächste, der bislang von der Erdoberfläche aus beobachtet wurde. Weil die Beobachtung eines Transits der erste Schritt bei der Analyse einer Planetenatmosphäre ist, ist dieser Erfolg ein gutes Vorzeichen für die Charakterisierung der vielen kleinen Planeten, die wahrscheinlich in den nächsten Jahren von den geplanten Weltraummissionen entdeckt werden.
Das internationale Forschungsteam verwendete das 2,5-Meter Nordic Optical Telescope auf der Insel La Palma (Spanien). Es ist nach heutigen Standards eine mittelgroße Einrichtung, aber sie ist mit modernen Instrumenten ausgestattet, um den Transit zu verfolgen. Vorherige Beobachtungen dieses Planetentransits waren auf Teleskope im Weltraum angewiesen.
Der Zentralstern 55 Cancri ist nur etwa 40 Lichtjahre von uns entfernt und mit dem bloßen Auge sichtbar. Während seines Transits zieht der Planet vor 55 Cancri vorbei und blockiert einen winzigen Bruchteil des Sternlichts, wodurch der Stern fast zwei Stunden lang um 1/2000 (oder 0,05 Prozent) schwächer wird. Das zeigt, dass der Planet mit einem Durchmesser von circa 25.700 Kilometern ungefähr die doppelte Größe der Erde besitzt.
„Unsere Beobachtungen zeigen, dass wir die Transits von kleinen Planeten um sonnenähnliche Sterne mit bodengestützten Teleskopen registrieren können“, sagte Ernst de Mooij von der Queen’s University in Belfast, der leitende Autor der Studie. „Dies ist besonders wichtig, weil geplante Weltraummissionen wie TESS und PLATO viele kleine Planeten um helle Sterne finden sollten und wir Nachfolgebeobachtungen mit bodenbasierten Instrumenten durchführen wollen.“ TESS ist eine NASA-Mission, deren Start für 2017 geplant ist. PLATO soll 2024 von der European Space Agency (ESA) gestartet werden. Beide Mission werden nach Transits von terrestrischen Planeten um nahe, helle Sterne suchen.
„Mit diesem Ergebnis nähern wir uns auch der Beobachtung von Atmosphären kleiner Planeten unter Verwendung bodengestützter Teleskope“, sagte Co-Autorin Mercedes Lopez-Morales vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). „Wir ebnen langsam den Weg für den Nachweis von Biosignaturen auf erdähnlichen Planeten um nahe Sterne.“
„Es ist bemerkenswert, was wir tun können, indem wir die Grenzen heutiger Teleskope und Instrumente erweitern – trotz der Schwierigkeiten, die uns die turbulente Erdatmosphäre bringt“, sagte der Co-Autor Ray Jayawardhana von der York University in Kanada. „Die Untersuchung über eine Strecke von zig Lichtjahren ist nicht leicht, aber mit der richtigen Technik und ein wenig Einfallsreichtum kann sie durchgeführt werden.“
Der Planet 55 Cancri e ist etwa doppelt so groß und achtmal so schwer wie die Erde. Mit einer Umlaufperiode von 18 Stunden ist er der innerste von fünf Planeten in dem System. Aufgrund seiner Nähe zu dem Zentralstern erreicht die Temperatur auf seiner Tagseite Werte über 1.700 Grad Celsius – das ist heiß genug, um Metall zu schmelzen. Die Umgebungsbedingungen sind weit davon entfernt, für Leben geeignet zu sein. Der Planet wurde ursprünglich vor einem Jahrzehnt mittels Messungen der Radialgeschwindigkeit entdeckt und später durch Transitbeobachtungen mit den Weltraumteleskopen MOST und Spitzer bestätigt.
Bis jetzt wurden mit bodenbasierten Teleskopen nur die Transits einer anderen Supererde namens GJ 1214b um einen Roten Zwerg registriert. Die wabernde Luft der Erdatmosphäre macht solche Beobachtungen extrem schwierig. Aber der Erfolg des Teams mit 55 Cancri e steigert die Erwartungen, dutzende Supererden zu untersuchen, die von den kommenden Himmelsdurchmusterungen wahrscheinlich entdeckt werden.
„Wir gehen davon aus, dass diese Himmelsdurchmusterungen so viele nahe, terrestrische Welten finden werden, dass Weltraumteleskope schlicht und einfach gar nicht alle verfolgen können. Die zukünftige Untersuchung von der Erdoberfläche aus wird der Schlüssel sein, und diese Studie zeigt, dass es machbar ist“, ergänzte Lopez-Morales.
Zu dem Forschungsteam gehörten auch Raine Karjalainen und Marie Hrudkova von der Isaac Newton Group of Telescopes. Die Ergebnisse erscheinen in einer Abhandlung, die in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wird.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat seinen Hauptsitz in Cambridge (Massachusetts) und ist ein Gemeinschaftsprojekt des Smithsonian Astrophysical Observatory und des Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen studieren hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-29
(THK)
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