Die bemerkenswerten Exoplaneten-Entdeckungen der Kepler- und K2-Missionen haben Astronomen ermöglicht, mit dem Zusammenfügen der Erdgeschichte anzufangen und zu verstehen, wie und warum sie sich von ihren verschiedenen exoplanetaren Cousins unterscheidet. Eine noch offene Frage betrifft die Unterschiede zwischen der Entstehung und Entwicklung von kleinen Gesteinsplaneten und Gasplaneten. Eine zweite offene Frage ist, warum es eine Größenlücke zu geben scheint – es gibt offenbar sehr wenige Exoplaneten mit ungefähr zwei Erdradien. Planeten mit kleineren Radien bestehen wahrscheinlich aus Gestein oder besitzen eine erdähnliche Zusammensetzung.
Um die Zusammensetzung eines Exoplaneten zu schätzen, braucht man seine Dichte, was eine Messung seiner Masse und seiner Größe erforderlich macht. Während ein Radius aus der Form der Transitkurve eines Exoplaneten beim Vorbeiziehen vor seinem Stern geschätzt werden kann, ist eine Masse schwieriger zu bestimmen. Um das entstehende Bild weiterzuentwickeln, sind jedoch präzise Massemessungen für erdgroße Planeten notwendig.
Die K2-Mission war die wiederbelebte Version der Kepler-Mission zur Entdeckung von Exoplaneten. Zusammen haben sie tausende Exoplaneten gefunden und eine bemerkenswerte und unerwartete Vielfalt der Exoplaneten-Population aufgedeckt. K2 konnte nur kurzperiodische Planeten registrieren und fand nur wenige mit Perioden von mehr als 40 Tagen.
Der Exoplanet K2-263b umkreist einen Stern, der masseärmer als die Sonne ist (0,86 Sonnenmassen) und laut Messungen des Gaia-Satelliten rund 536 Lichtjahre entfernt liegt. Dieser Exoplanet hat einen Radius von 2,41 Erdradien (mit einer Unsicherheit von fünf Prozent).
Die Astronomen Maria Lopez-Morales, Dave Charbonneau, Raphaelle Haywood, John Johnson, Dave Latham, David Phillips und Dimitar Sasselov vom Harward-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen nutzten das HARPS-N-Hochpräzisionsspektrometer des Telescopio Nazionale Galileo auf La Palma (Spanien), um die periodische Geschwindigkeit des Planeten beim Umkreisen des Sterns zu messen und daraus seine Masse abzuleiten.
Die Geschwindigkeitsmessungen von HARPS-N waren erstaunlich präzise – die Unsicherheit beträgt nur etwa 18 Kilometer pro Stunde, was der Geschwindigkeit eines langsamen Fahrradfahrers entspricht. Aus den Orbitaldaten leiteten die Wissenschaftler eine Exoplanetenmasse von 14,8 Erdmassen und damit eine Dichte von etwa 5,6 Gramm pro Kubikzentimeter ab. Zum Vergleich: Die Dichte von Wasser beträgt ein Gramm pro Kubikzentimeter und die durchschnittliche Dichte der Erde liegt bei 5,51 Gramm pro Kubikzentimeter.
Die Wissenschaftler schlussfolgern, dass K2-263b wahrscheinlich ähnliche Mengen Eis und Gestein enthält, was grob mit aktuellen Theorien zur Planetenentstehung und den relativen Häufigkeiten der Elemente Eisen, Nickel, Magnesium, Silizium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff in einem circumstellaren Nebel übereinstimmt.
Abhandlung: „K2-263 b: a 50 d period sub-Neptune with a mass measurement using HARPS-N“ von A. Mortier et al., MNRAS 481, 1839, 2018.
(THK)
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