Archivierte K2-Daten enthüllen erdgroßen Planetenkandidaten mit 355-Tage-Jahr

Archivdaten von K2 enthüllen erdgroßen Planetenkandidaten mit einem 355-Tage-Jahr

In den riesigen, digitalisierten Archiven ausgedienter Weltraummissionen finden Astronomen immer wieder verborgene Schätze, die bei ersten Untersuchungen übersehen wurden. Ein Forscherteam unter der Leitung von Alexander Venner von der University of Southern Queensland hat die Entdeckung eines vielversprechenden neuen Exoplanetenkandidaten bekannt gegeben, der den hellen K-Zwergstern HD 137010 umkreist. Der Kandidat mit der Bezeichnung HD 137010 b wurde durch ein einzelnes, zehnstündiges Transitereignis identifiziert, das während der K2-Mission im Jahr 2017 aufgezeichnet wurde. Was diesen Fund besonders bedeutsam macht, ist seine verblüffende Ähnlichkeit mit unserer eigenen Welt: Der Planet ist in seiner Größe fast identisch mit der Erde und folgt einer Umlaufbahn, die ein erdähnliches Jahr widerspiegelt.

Die Entdeckung, die in einer Arbeit unter Beteiligung von Forschern der University of Southern Queensland, Harvard & Smithsonian und dem NASA Ames Research Center detailliert beschrieben wird, unterstreicht den bleibenden Wert der Sekundärmission des Kepler-Weltraumteleskops, K2. Während die ursprüngliche Kepler-Mission vier Jahre lang einen einzigen Himmelsabschnitt beobachtete, um erdähnliche Planeten zu finden, war die K2-Mission gezwungen, verschiedene Felder entlang der Ebene der Ekliptik für kürzere Zeiträume von etwa 80 Tagen zu beobachten. Dieser begrenzte Zeitrahmen verhindert normalerweise den Nachweis von Planeten mit langer Umlaufzeit, da für die Bestätigung ihrer Orbits mehrere Transite erforderlich sind. Durch das akribische Durchsuchen der Daten nach Einzel-Transit-Ereignissen hat das Forschungsteam jedoch die Grenzen dessen verschoben, was Archivdaten offenbaren können.

Die Entdeckung von HD 137010 b

Die Identifizierung von HD 137010 b begann mit der visuellen Inspektion von Lichtkurven aus der Kampagne 15 von K2. Hans Martin Schwengeler, ein Bürgerwissenschaftler, der am Planet Hunters-Projekt mitarbeitet, markierte als Erster das einzelne transitähnliche Merkmal. Das Ereignis, das etwa 10 Stunden dauerte, zeigte eine flache Absenkung der Sternhelligkeit von nur 225 Parts per million (ppm). Ein so subtiles Signal ist bekanntermaßen schwer zu erkennen; da HD 137010 jedoch ein relativ heller Stern zehnter Größe ist, war die erreichte photometrische Präzision mit 8,5 ppm außergewöhnlich hoch und lag nahe am theoretischen Limit der Instrumente des Raumschiffs.

Um die Entdeckung zu validieren, führte das Team – darunter Chelsea X. Huang und Shishir Dholakia – eine strenge Analyse durch, um „falsch-positive Ergebnisse“ wie im Hintergrund liegende Bedeckungsveränderliche oder instrumentelle Störungen auszuschließen. Durch den Abgleich der K2-Photometrie mit historischen Aufnahmen, Archivdaten zur Radialgeschwindigkeit und Astrometrie kamen die Forscher zu dem Schluss, dass das Signal astrophysikalischer Natur war und auf dem Zielstern auftrat. „Unsere Analyse deutet stark darauf hin, dass das Ereignis astrophysikalisch war, direkt am Zielobjekt stattfand und am besten durch einen transitierenden Planetenkandidaten erklärt werden kann“, notierten die Autoren in ihrem Bericht.

Definition eines Einzel-Transit-Kandidaten

Die Transit-Methode beruht darauf, dass ein Planet zwischen seinem Mutterstern und dem Beobachter vorbeizieht, was einen vorübergehenden Abfall der scheinbaren Helligkeit des Sterns verursacht. Während automatisierte Pipelines exzellent darin sind, Planeten mit kurzen Umlaufzeiten zu finden, die viele Male vor ihrem Stern vorbeiziehen, übersehen sie oft Einzelereignisse. Einzel-Transit-Nachweise sind technisch anspruchsvoll, da sie keine unmittelbare Umlaufzeit liefern. Stattdessen müssen Forscher die Periode basierend auf der Dauer des Transits und den bekannten Eigenschaften des Muttersterns schätzen.

Im Fall von HD 137010 b lieferte die 10-stündige Transitdauer einen entscheidenden Hinweis. Angesichts der Größe und Masse des K-Zwerg-Muttersterns impliziert ein Transit dieser Länge eine weite Umlaufbahn. Wenn die Umlaufbahn kreisförmig ist, schätzt das Team eine Umlaufzeit von etwa 355 Tagen – bemerkenswert nah an einem terrestrischen Jahr. Dies macht HD 137010 b zu einem seltenen Beispiel für einen Planeten mit langer Periode, der über ein Einzelereignis nachgewiesen wurde – eine Leistung, die bei erdgroßen Kandidaten, die sonnenähnliche Sterne umkreisen, selten erreicht wurde.

Physikalisches Profil: Ein erdgroßer Nachbar

Die physikalischen Eigenschaften von HD 137010 b ordnen ihn in eine exklusive Kategorie „erdgroßer“ Exoplaneten ein. Das Forschungsteam berechnete einen Radius vom 1,06-fachen der Erde, was ihn in Bezug auf die Dimensionen zu einem nahezu identischen Zwilling unseres Heimatplaneten macht. Sein Mutterstern, HD 137010, ist ein K-Zwerg, der etwas kleiner, kühler und langlebiger als unsere Sonne ist. Dieser Sterntyp wird zunehmend als idealer Wirt für potenziell bewohnbare Welten angesehen, da sie über Milliarden von Jahren eine stabilere Strahlungsumgebung bieten.

Die geschätzte Orbitalentfernung für den Kandidaten beträgt etwa 0,88 Astronomische Einheiten (AE), was ihn in eine Entfernung zu seinem Stern rückt, die mit dem Erde-Sonne-Abstand vergleichbar ist. Da der Mutterstern weniger leuchtstark als die Sonne ist, führt diese Entfernung zu einer wesentlich kühleren Umgebung als auf der Erde. Die Entdeckung stellt einen bedeutenden Meilenstein dar, da die meisten erdgroßen Planeten, die von aktuellen Missionen wie TESS gefunden werden, viel kleinere M-Zwergsterne umkreisen oder extrem kurze, glühend heiße Umlaufzeiten haben.

Habitabilität und Temperaturschätzungen

Die Temperatur ist ein kritischer Faktor bei der Bestimmung der Habitabilität einer Welt. Basierend auf seiner projizierten Umlaufbahn erhält HD 137010 b einen einfallenden Sternenfluss vom etwa 0,29-fachen der Erde. Damit befindet sich der Planet am äußeren Rand der habitablen Zone des Sterns – jener Region, in der theoretisch flüssiges Wasser auf einer Planetenoberfläche existieren könnte. Abhängig von seiner atmosphärischen Zusammensetzung könnte HD 137010 b eine „kühle“ Erde oder vielleicht eher eine gemäßigte Version des Mars sein.

Obwohl die Forscher davor warnen, dass die exakte Umlaufzeit aufgrund der Natur der Einzel-Transit-Daten ein „projizierter“ Wert bleibt, sind die Eigenschaften des Kandidaten dennoch verlockend. Selbst wenn er am kühlen Rand der habitablen Zone liegt, bleibt er einer der wenigen erdgroßen Kandidaten um einen sonnenähnlichen (FGK) Stern, der keine „heiße Erde“ ist. Die Existenz einer solchen Welt deutet darauf hin, dass die Daten der K2-Mission noch ungenutztes Potenzial für die Identifizierung gemäßigter, terrestrischer Umgebungen bergen.

Die Bedeutung heller Muttersterne

Einer der aufregendsten Aspekte von HD 137010 b ist die Helligkeit seines Muttersterns. Mit einer V-Magnitude von 10,1 ist HD 137010 deutlich heller als die fernen Sterne, die von der ursprünglichen Kepler-Mission anvisiert wurden. Helligkeit ist die „Währung“ der Exoplaneten-Nachfolgebeobachtung; sie ermöglicht hochpräzise Radialgeschwindigkeitsmessungen zur Bestimmung der Planetenmasse und erlaubt künftige atmosphärische Charakterisierungen mittels Spektroskopie.

Steve B. Howell vom NASA Ames Research Center und weitere Koautoren betonen, dass dies der erste erdgroße Planetenkandidat mit einer erdähnlichen Umlaufzeit ist, der einen Stern transitiert, welcher hell genug für umfangreiche Folgemessungen ist. Die meisten bisherigen Kepler-Entdeckungen dieser Art sind zu lichtschwach für aktuelle Teleskope, um die Planeten zu wiegen oder ihre Atmosphäre zu untersuchen. HD 137010 b bietet jedoch ein erreichbares Ziel für die nächste Generation astronomischer Instrumente.

Das Vermächtnis von K2 und zukünftige Richtungen

Die Entdeckung von HD 137010 b dient als Zeugnis für das Vermächtnis des Kepler-Weltraumteleskops. Auch Jahre nach dem Ende seiner Mission bleiben seine Daten eine Goldgrube für Entdeckungen, wenn sie mit modernen Analysetechniken und dem Engagement von Bürgerwissenschaftlern kombiniert werden. Durch die Überbrückung der Lücke zwischen den Kurzperioden-Entdeckungen von TESS und der Tiefenraumbetrachtung der ursprünglichen Kepler-Mission hat K2 ein einzigartiges Fenster in die Population langperiodischer terrestrischer Planeten geöffnet.

Mit Blick in die Zukunft schlägt das Forschungsteam vor, dass künftige Missionen wie PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars), deren Start für 2026 erwartet wird, speziell darauf ausgelegt sein werden, mehr Welten wie HD 137010 b zu finden. Bis dahin bleibt HD 137010 b ein hochpriorisierter Kandidat für erdgebundene Observatorien. Die Bestätigung seiner 355-Tage-Periode und die Messung seiner Masse werden die nächsten Schritte sein, um zu verstehen, ob diese ferne Welt wirklich ein erdähnlicher Geschwisterplanet oder ein gefrorenes Relikt in den Außenbezirken seines Sonnensystems ist.